Caractérisation de l’hydrodynamique et des variations spatio-temporelles du biseau salé d’un karst côtier en réponse aux variation tidales et aux précipitations (Bell Harbour, Comté de Clare, Irlande)

Characterization of the hydrodynamics and saltwater wedge variations in a coastal karst aquifer in response to tide and precipitation events (Bell Harbour catchment, Co. Clare, Ireland)

• Auteur / Autrice : Marie Perriquet
• Direction : Hervé Jourde, Tiernan Henry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Eaux continentales et société
• Date : Soutenance le 01/05/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec University college (Galway, Irlande)
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HydroSciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Peter Croot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Jourde, Tiernan Henry, Peter Croot, Laurence Gill, Nicolas Massei, Martin White
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Gill, Nicolas Massei, Martin White

Mots clés

Mots clés contrôlés

Galway (Irlande ; comté)

Clare (Irlande ; comté)

Hydrogéologie

Zone intertidale

Hydrologie karstique

Mots clés libres

Système karstique côtier

Influence de la marée

Biseau salé

Gradient hydraulique

Sources sous-marines

Irlande

Coastal karst aquifer

Tidal influence

Saltwater wedge

Hydraulic gradient

Submarine groundwater springs

Ireland

Résumé

La côte ouest irlandaise située dans les comtés de Clare et Galway est depuis récemment affectée par une augmentation de la fréquence des inondations et une montée du niveau marin. L'impact de ces changements climatiques se fait particulièrement ressentir au niveau des aquifères karstiques côtiers de ces régions, tel que le bassin karstique de Bell Harbour (~50 km²) sélectionné dans le cadre de ce projet: le positionnement d'un biseau salé dans cet aquifère est clairement dû à l'interaction entre sa recharge liée aux événements pluvieux et la forte influence de la marée. Des données (niveaux d'eau et conductivités spécifiques) ont été collectées à l'aide de sondes, à deux sources côtières, six forages, trois lacs et au milieu de la baie durant des périodes prolongées. Trois types d'environnement hydrodynamiques (conduits, fissures et matrices) ont été définis pour chacun des six forages en comparant deux méthodes qui se sont avérées cohérentes entre-elles. Les variations des conductivités spécifiques combinées à la chimie des eaux des six forages et de lacs ont permis d'évaluer l'étendue du biseau salé dans l'aquifère en fonction de la recharge de l'aquifère et des cycles de marée haute/basse et vives eaux/basses eaux: l'étendue du biseau salé dépend des propriétés hydrodynamiques de l'aquifère mais aussi de l'influence relative de la recharge et de la marée sur les niveaux piézométriques, induisant chacun des comportements opposés. Ainsi, la compétition entre la recharge et la marée contrôle l'intrusion d'eau de mer dans l'aquifère, ce qui explique les changements spatio-temporels du biseau salé dans l'aquifère. Les fortes amplitudes de marée semblent être le moteur des brèves intrusions salines dans l'aquifère proche de la rive alors que la position du niveau piézométrique semble influencer l'intensité de cette augmentation de la salinité. La recharge karstique de la région est suffisamment importante tout au long de l'année pour que le biseau salé ne s'étende pas plus loin qu'un kilomètre de la rive. La diminution des précipitations durant l'été (~10 %) ainsi que l'augmentation du niveau marin prévues pour les prochaines décennies, contribueront certainement à une intrusion plus importante du biseau salé dans l'aquifère.

Low-lying coastal areas in the west of Ireland, such as the Galway and Clare coasts, have seen recent increases in flooding frequencies coupled with overall increases in sea level. The impacts of these changes are most strongly felt in coastal karst catchments and this study focuses on one such area, the Bell Harbour catchment (~50 km²), where there is a clear interaction between rainfall inputs and tidal influences, to create a terrestrial salt water wedge. Data (specific conductivity and water levels) have been collected at two coastal springs, six boreholes, three lakes, and from discrete locations in the middle of the bay, using dedicated loggers over extended periods. Two approaches that provided consistent results were used to explain the different hydrodynamic behaviours identified in the boreholes (conduits, fissures and matrix flows). Specific conductivity variations and water chemistry measured inland allowed for assessment of the spatial extent of the saltwater wedge into the aquifer as a function of both karst recharge and tidal movements at high/low and neap/spring tidal cycles. The extent of the saltwater wedge depends on the intrinsic properties of the aquifer but also on the relative influence of the recharge and the tide on groundwater levels, which induce opposite behaviours. This dynamic between recharge and the tide thus controls the seawater inputs, hence explaining temporal and spatial changes in the saltwater wedge in this coastal karst aquifer. Strong tidal amplitudes seems to be the motor of sudden saltwater intrusion observed in the aquifer near the shore while the relative elevation of the groundwater appears to influence the intensity of the salinity increase. The magnitude of annual recharge in the area is high enough to limit saltwater intrusion to no more than about one kilometre inland from the shore. Given the anticipated decreases in summer precipitation (~10 percent), coupled with anticipated sea level rises, the extent of the saltwater wedge into the aquifer is likely to increase in coming decades.