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utiliser les données de l'IGN pour étudier les gisements de l'eau sur une butte témoin

mis à jour le 06/11/2011


BDTopo

La BDTOPO permet de localiser les sources et les cours d'eau. La confrontation avec une modèle numérique de terrain et les données de terrains issues de l'excursion permet de construire une représentation des gisements de l'eau dans un bassin sédimentaire de marge passive.

mots clés : SIG, IGN, BDTOPO, modèle numérique de terrain, QGIS, MNT, eau, source, aquifère, marge passive, butte témoin


Le problème des gisements de l'eau peut être abordé en première S dans le cadre du thème "Enjeux planétaires contemporains" dans la partie consacrée à la "tectonique des plaques et ressources locales". Cela peut être l'occasion de travailler sur le terrain dans un bassin sédimentaire de marge passive et d'étudier les rôles de la perméabilité et de la porosité dans le gisement des fluides souterrains comme l'eau mais aussi comme le gaz et le pétrole. Les données d'un système d'informations géographique serviront à la fois à poser le problème, à tester les hypothèses formulées et à construire une représentation issue des données de l'excursion. Parmi les données distribuées gratuitement par l'IGN dans le cadre de la recherche et de l'enseignement, la BDTOPO constitue un des supports initiaux de cette étude.

Sélectionner et télécharger la BDTOPO de l'IGN
Poser le problème en incorporant des données BDTOPO dans un SIG
Valider les hypothèses par des observations de terrain
Utiliser le SIG pour construire une représentation d'un gisement d'eau souterraine


Sélectionner et télécharger la BDTOPO de l'IGN

 
bdcarto27La ressource "télécharger et utiliser les données géographiques de l'IGN en accès gratuit" donne la marche à suivre pour télécharger les données de l'IGN pour l'enseignement et la recherche.

On trouveras dans une ressource dédiée aux modèles numériques de terrain (MNT) les éléments particuliers nécessaires au téléchargement de la BD ALTI. Pour alléger les traitements informatiques on pratiquera une découpe de ce MNT correspondant à l'étendue de la zone étudiée.

Pour les données de la BD TOPO, il faut choisir cette composante dans le menu principal

bdcarto26

La sélection se fait par départements entiers mais il est possible de ne charger que les thèmes de son choix, ici le thème "Réseau hydrographique"
 
bdcarto25Seul les fichiers les données en format Shapefile (.shp) en Lambert 93 sont en accès gratuit pour la métropole.
 
bdcarto24La sélection du département est suivie de l'ajout au panier et l'acquisition est poursuivie selon les modalités communes à toutes les données IGN "Recherche et enseignement".
 
bdcarto29Quelques temps après la validation de la commande, les données sont disponibles et le téléchargement est suivi de la décompression avec 7zip.
 
bdcart28La décompression produit une arborisation de dossiers assez complexe. Les données sont dans le dossier désigné ci-contre qui pourra être déplacé en bloc à un endroit où il sera plus facile aux élèves d'accéder.
 

Poser le problème en incorporant des données BDcarto dans un SIG



On trouvera dans cette rubrique un tutoriel plus complet pour l'utilisation du logiciel Qantum GIS (QGIS). La suite de ce travail ne reprend qu'une partie des étapes du travail sur les fichiers téléchargés.

bdtopo03Après avoir constitué un nouveau projet dans QGIS avec le système de coordonnées Lambert93, on incorpore trois couches d'informations :
 
bdtopo03Le Scan25 qui est issu de la numérisation de la carte 1/25 000 de l'IGN. Cette couche est une donnée "raster" mnt05téléchargeable sur le site professionnel de l'IGN avec le bénéfice de la gratuité "recherche et enseignement".

Les couches "vecteur" bdtopo09 "point_eau" et troncon_cours_eau de la BDTopo.

Il est possible à ce stade de constater que les points d'eau répertoriés qui sont des sources, alimentent le réseau hydrographique du ruisseau Saint Aubin. Leur situation au pied des coteaux n'est pas facilement perceptible ici.
 
bdtopo04bdtopo10
Cette situation est déjà plus facile à percevoir sur un affichage en pseudo couleurs d'un modèle numérique de terrain (MNT) qui est superposé au Scan 25. A part une source, toutes celles qui sont répertoriées ici correspondent à des altitudes représentées ici par un bleu clair

L'utilisation des MNT dans un SIG est traité dans une ressource séparée.
 
bdtopo07L'utilisation d'un fichier de courbes de niveau, issu du traitement du même MNT permet de préciser l'altitude des sources.
bdtopo05


Le pointeur d'information bdtopo06sélectionne la courbe et affiche son altitude, ici de 45 m.
bdtopo08
 
Cette situation particulière peut conduire les élèves à faire des hypothèses variées. La plus courante est celle d'une "nappe souterraine" qui alimente les sources. L'excursion sur le terrain va permettre de préciser le contexte géologique de ces sources et de valider ou non ces hypothèses.


Valider les hypothèses par des observations de terrain

 
 
bdtopo12Au cours de l'excursion une douzaine d'affleurements sont localisés par des observations topographiques et des données GPS.
bdtopo11

La nature, et la disposition des roches sont observées et les élèves constatent que ces strates superposées sont horizontales. Une échelle stratigraphique sommaire permet de dater les terrains du Crétacé de façon relative.

Les élèves constatent que les trois points d'eau observés au cours de l'excursion sont situés au contact entre les tuffeaux du Turonien (C3) et les marnes à ostracées du Cénomanien supérieur (C2b).
 
BDTopo20Une source ne figurant pas dans les données IGN est trouvée au lavoir dit "de Beauregard" entre la Bourg Dion et Monsabert. Il sera ajouté aux données IGN.
 
bdtopo22Les élèves constatent que les tuffeaux turoniens sont très fissurés et qu'ils ne laissent pas échapper de "nappe d'eau souterraine".
 
BDTopo21Une observation réalisée plus tôt dans la journée à Soulaire et Bourg montre que les marnes à ostracées cénomaniennes contiennent de l'argile et sont plutôt compactes et pauvres en fissures.

L'hypothèse d'une différence de perméabilité entre les deux formations est alors posée. L'eau issue des précipitations peut emprunter le réseau de fissures des tuffeaux mais les marnes ne la laissent pas s'enfoncer plus bas.
 

Utiliser le SIG pour construire une représentation d'un gisement d'eau souterraine

 
bdtopo14En utilisant les constatations faites sur le terrain, les élèves construisent des couches d'informations de façon à construire une carte géologique simplifiée.

bdtopo13

Cette démarche est décrite dans une ressource séparée basée sur l'utilisation du logiciel Mapwindow. Elle est facilement transposable pour utiliser QGIS.
 
bdtopo19Sur cette carte géologique simplifiée, les sources apparaissent clairement associées à la limite entre le Cénomanien et le Turonien.

bdtopo15

Sur une coupe schématique de butte témoin, les élèves vont donc tracer le cheminement de l'eau à travers les couches perméables et/ou fissurées jusqu'à la couche imperméables des marnes à ostracées. Les sources cartographiées correspondent donc à l'intersection du toit des marnes et de la surface topographique. Les strates de marnes étant quasi horizontales à l'ouest du ruisseau Saint-Aubin. L'altitude des sources est pratiquement constante.
 
Au terme de ce travail les notions de circulation des fluides dans une roche fissurée et/ou poreuse et d'imperméabilité permettent de construire une représentation d'un aquifère et des limites imposées à cet aquifère par les couches imperméables.

Un schéma de ce type peut être demandé aux élèves :

bdtopo23

On constatera avec les élèves que l'eau s'échappant à la base des tuffeaux correspond aux eaux météoriques infiltrées et que cette ressource est fragile car elle dépend beaucoup de la pluviométrie. Dans la même région, l'aquifère des sables et graviers de Brissac/Jumelles datés du Cénomanien moyen constitue une ressource beaucoup plus fiable et plus abondante car elle correspond à une roche beaucoup plus poreuse située sous les marnes à ostracées lorsqu'elles existent.

 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au Lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère S

type pédagogique : tutoriel, travaux pratiques, sortie pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier, classe, salle multimedia, sortie pédagogique

référence aux programmes :

Tectonique des plaques et géologie appliquée

 

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