Méthode de gestion des aquifères

Le projet GIRBESÒS est né du besoin en eau de la région métropolitaine de Barcelone (RMB) et de la possibilité d’exploiter l’aquifère de Besòs afin d’alimenter la RMB. Le projet développé par le groupe d’hydrologie souterraine de l’Universitat Politècnica de Catalunya GiRBESÒS aborde le problème de la quantité et de la qualité de l’aquifère.

Dans ce sens, il est nécessaire de développer des outils qui permettent d’évaluer différentes stratégies de gestion et qui, à leur tour, minimisent l’impact sur la rivière, les écosystèmes aquatiques et les effets sur les tiers. Ces outils doivent intégrer toutes les conditions auxquelles l’aquifère est soumis, y compris le changement climatique. Ainsi, le GHS a développé un modèle de gestion intégrée des ressources en eau du Besòs qui reproduit les différentes unités hydrogéologiques.

D’autre part, le modèle 3D développé prend en compte les différentes conditions de contournement qui incluent les flux, les extractions de recharge naturelle, etc. Il est notable que le modèle rende explicite la rivière comme une partie active du modèle et non comme un paramètre de contour.

Entité responsable

Le Groupe d’hydrologie souterraine (GHS) de l’Université Polytechnique de Catalunya (UPC) est un groupe de recherche consolidé par la Generalitat de Catalunya. Il s’agit de l’un des principaux groupes de recherche au monde dans le domaine de l’hydrogéologie, travaillant sur la caractérisation et la modélisation des aquifères depuis plus de 30 ans. Sa mission est de promouvoir la recherche, l’enseignement et le transfert de connaissances à la société.

Le GHS est composé de 8 professeurs/chercheurs seniors, de 3 chercheurs post-doctoraux et d’environ 25 étudiants en doctorat et en master. Les principaux axes de recherche abordés par le GHS sont :

1. Modélisation hydrogéologique
2. Modélisation hydrogéochimique
3. Processus de transport dans le milieu poreux
4. Le stockage du CO2
5. Recharge artificielle des aquifères
6. Aquifères côtiers et déversement des eaux souterraines dans la mer

Il convient de souligner le rôle du GHS dans la connaissance, le suivi et la modélisation des ressources hydrogéologiques locales, en particulier des aquifères du delta du Llobregat et du Besòs. Les modèles développés par le GHS dans ces bassins intègrent de manière très détaillée les structures géologiques du milieu et sont capables de reproduire fidèlement les interactions des eaux souterraines avec les différents éléments qui conditionnent leur écoulement (par exemple les infrastructures souterraines, le cours des rivières, la dynamique des précipitations, l’exploitation des aquifères, etc.)

Le GHS collabore avec différents organismes, tant dans le secteur public (administrations, universités) que privé, en réalisant des projets de recherche et de développement.

Explication détaillée

Bien que les aquifères associés à la rivière Besòs aient été intensivement exploités pendant la première moitié du XIXe siècle et une partie de la seconde, leur utilisation n’a jamais été planifiée ni réalisée de manière durable. La mauvaise qualité des masses d’eau due à une exploitation sans discernement et à un manque de contrôle, a forcé l’abandon d’une grande partie des utilisations souterraines dans le bassin.

Avec la création de l’ACA et de ses plans d’actions et de mesures, la récupération de la qualité et de la quantité des ressources en eaux souterraines s’est faite progressivement. L’amélioration de la qualité de l’eau dans le bassin du Besòs et la restauration des niveaux piézométriques par rapport aux années 1970 est un fait qui a de nouveau placé le Besòs comme point de référence dans la planification future de l’ACA.

Afin de garantir l’approvisionnement de la population, l’ACA prévoit d’augmenter les extractions dans l’aquifère de Besòs afin de produire de l’eau potable pour alimenter Barcelone et sa zone métropolitaine.

Dans ce sens, il est nécessaire de développer des outils qui permettent d’évaluer les différentes stratégies de gestion et qui, à leur tour, minimisent l’impact sur le fleuve, les écosystèmes aquatiques et les effets sur les tiers. Ces outils doivent intégrer les effets sur le cycle hydrologique que le changement climatique met déjà en évidence et qui s’aggraveront à l’avenir (augmentation de l’évapotranspiration et diminution de la recharge effective, augmentation de l’occurrence des phénomènes climatiques extrêmes, réduction des débits dans les rivières et augmentation conséquente de la concentration des polluants, élévation du niveau de la mer et avancée de l’intrusion marine). Connaître ces effets et trouver des outils pour les atténuer ou s’y adapter est fondamental pour la survie des systèmes naturels et humains.

Dans ce sens, le GHS a développé un modèle de gestion intégrée des ressources en eau du Besòs. Les modèles hydrogéologiques intégrés sont ceux qui reproduisent le comportement de l’écoulement souterrain et du transport de solutés en tenant compte de l’interaction de la rivière avec l’aquifère et de la présence d’infrastructures souterraines qui peuvent avoir un impact sur l’aquifère.

Ce modèle intégré est basé sur un modèle géologique 3D, qui reproduit les différentes unités hydrogéologiques du domaine d’étude, grâce à l’examen et à l’interprétation d’environ 800 sondages. Le modèle géologique 3D inclut les différentes infrastructures souterraines qui interceptent l’aquifère, comme les différents tunnels du métro et le tunnel de la ligne à grande vitesse qui passe par Montcada i Reixac.

Le modèle hydrogéologique a été développé avec le code libre MODFLOW 6 qui résout l’équation d’écoulement par la méthode des différences finies intégrées. Cette approche est idéale pour pouvoir générer des mailles non structurées, qui permettent une meilleure adaptation aux contours, une plus grande discrétisation devant les objets singuliers du terrain et la définition de différentes couches avec différentes propriétés hydrogéologiques.

Les différentes couches du modèle sont zonées en fonction de différentes valeurs de transmissivité, selon les valeurs bibliographiques et selon le modèle géologique établi.

D’autre part, le modèle prend en compte les différentes conditions aux limites (flux latéraux, extractions par pompage, drainage dans les tunnels, recharge naturelle) et rend explicite la rivière comme une partie active du modèle et non comme une simple condition de contour.

Les réglages du modèle sur l’ensemble du périmètre sont considérés comme très bons, puisque l’erreur quadratique moyenne à la plupart des points de contrôle se situe entre 0,2 et 2 mètres. Ce fait devient encore plus pertinent si l’on tient compte du fait que le système hydrogéologique du delta de Besòs présente une très grande complexité sédimentologique.

Les bons ajustements du modèle en font un outil très puissant pour pouvoir simuler des scénarios futurs et planifier les différentes stratégies de gestion dans un contexte de changement climatique. Les simulations peuvent inclure les prédictions du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), à savoir l’élévation du niveau de la mer, la réduction des débits dans les cours d’eau de surface ou l’augmentation des températures, ce qui a un effet direct sur l’évapotranspiration et la recharge naturelle de l’aquifère.

Perspectives d’avenir

Ces dernières années, les administrations et les entités locales déploient de grands efforts pour parvenir à la restauration écologique de la rivière Besòs. Plus récemment, l’ACA a précisé, dans son récent plan d’action pour la période 2022-2027, son intention d’utiliser de manière plus intensive les ressources hydriques du Besòs. Le modèle de gestion intégrée développé par le GHS est présenté comme un outil de planification capable de fournir aux administrations des arguments objectifs pour la prise de décision, de garantir la bonne gestion des ressources hydriques, de l’adapter aux défis que pose le changement climatique.