Données de base

Toutes les données de base recueillies par Irstea sont actuellement disponibles auprès du gestionnaire de bassin (HBANOracle@irstea.fr). L’ensemble de ces données sont accessibles directement sur ce site via BD_OH.

ORACLE a pour objectif scientifique le fonctionnement hydrologique et biogéochimique des bassins sédimentaires en milieu rural anthropisé. Cette recherche passe par l’observation multi-variables et multi-échelles d’un ensemble de sous-bassins versants emboîtés (1km² à 1800 km²) du bassin parisien.

ORACLE, fournit les bases scientifiques nécessaires à la gestion et à la maîtrise des risques liés aux événements extrêmes (inondations, sécheresses) ainsi qu’à l’évaluation des impacts des activités anthropiques et notamment agricoles, sur le régime et la qualité des eaux. Vis-à-vis de l’ensemble de ces risques, l’anthropisation des milieux concourt à la fois à l’augmentation de l’occurrence des aléas et à l’aggravation de la vulnérabilité des territoires. Répondre à ces enjeux n’est possible qu’à travers une activité d’observation d’ampleur et de durée adaptées, à différentes échelles, de la parcelle agricole à celle du bassin versant.

ORACLE est constitué par les bassins versants du Grand Morin et du Petit Morin (Figure 1). Les rivières des deux Morin sont les deux principaux affluents de la Marne. Ils ont une influence directe sur les écoulements qui vont de la Marne vers la Seine jusqu’à l’agglomération parisienne. Le bassin de l’Orgeval, observé depuis 1962 par Irstea, est un sous-bassin du Grand Morin (Figure 1). Les bassins du Grand et du Petit Morin sont essentiellement agricoles (80% agricole, 15% forestier, 5% urbain), représentatifs des grandes cultures céréalières. Le plan d’occupation des sols est resté relativement constant depuis qu’il est observé sur ORACLE.

Carte 1 - Observatoire de Recherche du GIS ORACLE: Bassins versants du Grand Morin, du Petit Morin et bassin versant de l'Orgeval.

Carte 1 – Observatoire de Recherche du GIS ORACLE: Bassins versants du Grand Morin, du Petit Morin et bassin versant de l’Orgeval.

ORACLE, situé sur le plateau briard (calcaires de Brie, Stampien inférieur) est recouvert d’un dépôt limoneux-sableux du quaternaire (plus de 10 cm d’épaisseur) dont la couche inférieure est enrichie en calcaire et en sable. Cette couche est caractérisée par une faible perméabilité qui a pour conséquence la présence d’une nappe perchée en hiver. Un drainage en sub-surface a donc été installé au début des années 60, sur plus de 60% du territoire couvert. Les calcaires de Brie (Stampien inférieur) constituent un premier aquifère peu profond (10 à 20 m de profondeur), alimenté principalement par infiltration sur le plateau briard. C’est une nappe libre très vulnérable aux pollutions agricoles en raison de l’absence presque totale de protection au toit de la formation. Les calcaires de Brie sont séparés des calcaires de Champigny (Ludien, 20 à 30 m d’épaisseur) qui affleurent sur les flancs de vallées, par des marnes vertes et supra-gypseuses, formation pratiquement imperméable d’épaisseur variable (8 à 22 cm). Les calcaires de Champigny constituent un aquifère à perméabilité à fissures, alimenté par les flancs des vallées, les zones poreuses et les gouffres. Cet aquifère est vulnérable à proximité des vallées. Les calcaires de Saint-Ouen, formation la plus profonde d’ORACLE, forment une nappe captive au toit de marnes infra-gypseuses, qui participe à l’alimentation du Grand Morin lorsqu’elle n’est pas surmontée d’alluvions (Coulommiers – Pommeuse). Cette nappe devient vulnérable lorsque les calcaires de Saint-Ouen sub-affleurent sous les alluvions. L’ensemble des compartiments hydrologiques et hydriques d’ORACLE sont suivis via un réseau de mesure complet : stations limnimétriques à l’exutoire de chaque sous-bassin et dans le réseau de drainage, stations piézométriques, stations pluviométriques réparties sur l’ensemble d’ORACLE et stations d’humidité des sols en surface et en profondeur. Ce dispositif est doublé d’un réseau de mesure de la qualité des eaux de surface, de pluie et de la nappe.

Un réseau de mesure dit « de base » est maintenu en permanence sur ORACLE, afin de ne pas interrompre les chroniques. La longueur et la continuité de certaines chroniques sur le long terme sont nécessaires pour i) appréhender correctement le fonctionnement des hydro-systèmes, ii) détecter des tendances ou des changements dans les comportements, iii) évaluer les impacts des modifications d’origines anthropiques, de couvert végétal ou liées aux aménagements hydro-agricoles et ce, jusqu’aux changements climatiques.

Ces données de base sont acquises principalement par la DRIEE Ile-de-France, Météo-France et Irstea (Tableau 1).

 Tableau 1 : Données de base d’ORACLE
Equipements
Types de mesure
Nombre de stations
Période de mesure
Période d’observation
Stations Limnimétriques
Hauteur d’eau /
Jaugeage ponctuel
11
Continue
Depuis 1962 pour certaines
Pluviomètres
Lame d’eau
pluviomètre à augets basculeurs
19
Continue
Depuis 1962
Piézomètres
Hauteur d’eau
11
(2 m à 40 m de profondeur)
Continue et hebdomadaire
Depuis 1989
Qualité
NO3, NO2, NH4, PO4, Cl, COD, CID et conductivité
11
Journalière
Depuis 1975 pour certaines stations
Station Météorologique
T° min and max, radiations totales, T° du sol à – 50 cm et – 100 cm, Humidité min, max et moyenne
1 station + 2 à proximité de l’observatoire
Continue
Depuis 1962
Humidité du sol
Humidité volumique du sol à différentes profondeurs, sur 3 sites de mesure sur le BV
3 profils (de 5 cm à 155 cm)
Continue
Depuis 1988 sur 1 site, 2006 sur 2 autres sites
Carte des cultures
Carte des cultures du bassin et Plan d’occupation des sols
Bassin versant des Avenelles
Annuelle
Depuis1998
Cartes
carte pédologique et géologique, MNT 50 m, supports SIG …
  • Stations limnimétriques

     

    Toutes les stations limnimétriques (11 stations) d’ORACLE sont aménagées. Chaque station est équipée d’un déversoir (rectangulaire à seuil plat ou triangulaire isocèle) et d’une échelle limnimétrique de référence. Chaque station est munie d’un limnimètre à flotteur doublé d’un capteur à ultrasons placés dans un puits de tranquillisation relié au cours d’eau, pour éviter toutes perturbations lors des mesures. Les mesures de hauteur d’eau, dans les différents cours d’eau considérés, sont enregistrées et télétransmises au gestionnaire du parc métrologique d’ORACLE. Une courbe d’étalonnage est réalisée et mise à jour à partir de jaugeages effectués régulièrement à chaque station. Les points de la courbe de tarage et les hauteurs d’eau mesurés en continu (toutes les heures et toutes les 5 minutes en période de crue) sont enregistrés sur la banque nationale de données hydrométriques, gérée par la Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable, la banque « HYDRO ».Les 11 stations limnimétriques d’ORACLE sont capables de mesurer des valeurs de débit comprises entre 0,01 et 1000 m3/s avec un ordre de grandeur d’erreur moyenne de 5%.

    La spatialisation des mesures de débit est représentative de la spatialisation des ordres de Strahler rencontrés sur ORACLE. Une mesure de débit est effectuée à l’exutoire de chaque sous-bassin versant d’ORACLE.

  • Stations pluviométriques

     

    Les données pluviométriques sont acquises via 19 pluviomètres à augets basculeurs, tous équipés d’un système enregistreur et télé-transmetteur DANAE/RTC (Alcyr). Pour principe, la pluie tombe dans un réceptacle puis s’écoule dans un des deux compartiments de l’auget basculeur. Lorsque l’eau de l’un des compartiments atteint 0,2 mm, l’auget bascule et le deuxième compartiment se met en place sous le réceptacle. Chaque inclinaison de l’auget est enregistrée. Une fois les données consignées, l’eau se déverse dans la partie inférieure de l’auget et est récupérée par un seau jaugé.Une procédure de contrôle et d’entretien des pluviomètres a été mise en place à Irstea. Un contrôle mécanique et électrique, ainsi qu’un test de mesure sont réalisés annuellement.

    Une procédure semi-automatisée est utilisée pour la validation des mesures pluviométriques. La comparaison entre les mesures seau et les mesures acquises par le pluviomètre constitue une première validation des données. Chaque période de mesure d’un pluviomètre est également comparée au cumul de l’ensemble des mesures effectuées sur les autres pluviomètres d’ORACLE sur cette même période. Enfin, les mesures sont aussi comparées aux quartiles inférieurs et supérieurs calculés à partir des mesures pluviométriques effectuées sur l’ensemble des années mesurées depuis 1962. L’ordre de grandeur d’erreur moyenne de 10 %.

    La spatialisation des mesures pluviométriques résulte d’une bonne connaissance de la répartition des lames d’eau étudiée depuis 1962 sur ORACLE. De plus les mesures de pluies sont également effectuées à travers le maillage SAFRAN mis en place par Météo-France.

  • Stations piézométriques

     

    Un ensemble de stations piézométriques (piézomètres et puits) permettent d’étudier la battance des deux nappes profondes d’ORACLE (les nappes de Brie et de Champigny). Sur chacun de ces piézomètres, un enregistreur de niveau (Orphéus Mini et Madofil) a été mis en place. Seules les hauteurs d’eau du piézomètre de Mélarchez sont mesurées manuellement une fois par semaine, à l’aide d’un ruban limnimétrique.

    Actuellement les données sont validées par une inter-comparaison entre les variations des hauteurs d’eau des piézomètres et les événements pluvieux de l’Observatoire. La précision des mesures piézométriques est de ± 0,05%, avec une résolution de 0,01% (valeur du constructeur).

    Les relevés piézométriques sont effectués principalement sur l’un des sous-bassins de l’Orgeval. Le niveau de la nappe est pris en compte en un point, sur chaque sous-bassin de l’Orgeval. De plus, un transect piézométrique (7 piézomètres de 10 à 30 m de profondeur) à été installé par la Fédération d’Ile-de-France de Recherche en Environnement (FIRE) sur le sous-bassin des Avenelles au cours de l’année 2008.

  • Stations de mesure de qualité des eaux

     

    La qualité des eaux est mesurée sur les eaux de pluie du bassin, les eaux de surface, les eaux de drainage, les eaux de nappe et de source

    Les eaux de surface sont échantillonnées à l’aide de préleveurs automatiques toutes les 24h. Les autres prélèvements d’eau (pluies, nappes, sources, drains) sont effectués manuellement, lors de la tournée hebdomadaire, voir bihebdomadaire par un technicien de recherche. Les échantillons sont stockés sur place à 4°C avant d’être acheminés au Laboratoire de Chimie du Cemagref d’Antony qui suit une démarche Qualité et garantit ainsi la fiabilité des mesures.

    Sur l’ensemble des échantillons, le NH4, NO3, NO2, PO4 et les Chlorures sont analysés par spectrophotométrie automatisée en flux continu (Traacs800 Brann + Luebbe). Sont également analysés le carbone organique et inorganique dissous à l’aide d’un TOC Analyser (Model 700 de BIORITECH) avec une précision de ± 0,05 mg/l.Pour certains échantillons, la conductivité a également été mesurée directement à l’aide d’un conductimètre (WTW LF 538).

    Actuellement, des mesures en continu et in situ des concentrations en nitrate sont réalisées, via des sondes multiparamètres spectro-photomètriques (Sondes SCAN), en cours de validation.

    De la même manière que pour les mesures de débit, la spatialisation des mesures de qualité des eaux de surface est représentative de la spatialisation des ordres de Strahler rencontrés sur ORACLE. Des mesures de qualité d’eau sont effectuées à l’exutoire de chaque sous-bassin versant d’ORACLE. Des mesures de qualités des eaux à l’exutoire de sous-bassins essentiellement agricoles ou essentiellement forestiers sont également effectuées afin d’évaluer l’effet du couvert forestier sur la diffusion de la pollution agricole.

  • Station météorologique

     

    Une station météorologique complète gérée par Irstea à été installée sur ORACLE et deux autres stations gérées par Météo-France sont situées dans un environnement proche. Ainsi, les données météorologiques sont acquises depuis 1962.

    Une partie de ces mesures est aujourd’hui télétransmise à Météo-France qui renvoie les données validées à Irstea. Météo-France fournit en plus des données ainsi validées, des données journalières calculées d’évapotranspiration potentielle (ETP). La validation se fait ici par inter-comparaison avec les données provenant des deux stations météorologiques les plus proches.

  • Stations de mesure d’humidité des sols

     

    Les mesures d’humidité du sol sur plusieurs profondeurs en un même site (11 profondeurs différentes de 5 cm à 155 cm) sont acquises par une méthode de réflectométrie (TDR). Les mesures d’humidité du sol en surface (0-5 cm de profondeur) sont acquises par des sondes « Thêta » qui donnent une valeur moyenne de l’humidité, toujours par réflectométrie, sur l’ensemble de la longueur des électrodes (5 cm).

    Ces méthodes permettent de mesurer des humidités avec une résolution de 1 % et une précision de la mesure de ± 3 % (valeurs du constructeur). Actuellement, il existe trois points de mesure d’humidité du sol, sur plusieurs profondeurs, situés sur le bassin versant de l’Orgeval, au nord du Petit Morin et au sud du Grand Morin. Trois stations de mesure de l’humidité des sols en surface sont situées sur le bassin du Grand Morin.