Mieux comprendre le système d’eaux souterraines par des mesures de pression hydrostatique
La mesure du niveau des eaux souterraines n’est pas une nouveauté. La VMM effectue depuis longtemps des mesures systématiques sur quelques 900 puits d’observation. De plus, depuis 2011, un indicateur du niveau des eaux souterraines est publié tous les mois sur base des niveaux des nappes phréatiques supérieures. « En principe, une mesure manuelle est effectuée chaque mois à chaque point de mesure », explique Tijs Van Loon, l’un des quatre employés de la VMM chargés de ces mesures. « Nous utilisons un mètre-ruban équipé d’une électrode à son extrémité. Dès que l’électrode entre en contact avec l’eau, un signal sonore est émis et la profondeur de la nappe phréatique est lue sur le ruban. »
Intérêt des mesures à haute fréquence
La précision au centimètre près des mesures manuelles a toujours été largement suffisante selon Van Loon. Le problème était plutôt leur faible fréquence. Elles fournissent un tableau incomplet, en particulier pour les nappes phréatiques, très sensibles aux précipitations et à l’évaporation. « Prenons l’exemple du graphique du puits d’observation 1-1110B F1 à Puurs-Sint-Amands », poursuit Van Loon. « Si l’on ne considérait que les mesures manuelles mensuelles, on pourrait croire que la nappe phréatique est bien alimentée tout au long de l’hiver, avant de chuter brutalement au printemps. Or, grâce aux mesures des capteurs (réalisées pour la plupart des puits à une fréquence fixée à quatre heures par VEGA et le bureau d’études IMDC), nous savons que le niveau de la nappe monte et descend constamment durant l’hiver, et chute à chaque période sèche. La forte baisse au printemps s’explique alors beaucoup plus facilement. »
Les mesures à haute fréquence facilitent également la détection des anomalies, comme une baisse soudaine du niveau de l’eau souterraine suite à un prélèvement important. Cela permet de contextualiser immédiatement les résultats inhabituels. « En résumé, la VMM comprend beaucoup mieux le fonctionnement du système d’eaux souterraines », conclut Jan Claus de l’IMDC. « Cela aide à prendre des décisions plus éclairées concernant la nature et l’emplacement des mesures à mettre en œuvre et, à terme, à en évaluer les effets. »
Solution uniforme
Le bureau IMDC a été mandaté en 2022 pour mettre en œuvre l’automatisation du réseau de mesure primaire. Claus raconte : « Il fallait trouver une solution pour plus de 700 tubes piézométriques installés dans quelques 400 puits d’observation. Pour cela, nous avons dû prendre en compte les différentes profondeurs et dimensions des tubes et des manchons de protection, ainsi que les variations du niveau et de la salinité des eaux souterraines. De plus, la solution devait être certifiée pour un déploiement dans l’eau potable. »
IMDC a développé une solution uniforme en collaboration avec Io-Things. Un système pendulaire modulaire a été conçu pour placer les capteurs dans les filtres, et les relier par câble à un module de communication compact et basse consommation, spécialement conçu pour ce projet. Pour la sélection d’un capteur robuste et fiable, IMDC a opté pour le capteur de pression hydrostatique VEGAWELL 52 de VEGA. Avec son diamètre de 32 mm, sa cellule de mesure céramique CERTEC® et sa conception duplex, ce capteur s’adapte parfaitement à tous les tubes piézométriques et peut être utilisé en eau douce, saumâtre ou même salée. De plus, la cellule de mesure céramique résiste aux éventuelles dégradations causées par les impuretés présentes dans l’eau souterraine. « Un autre atout des capteurs VEGAWELL 52 est leur câble de suspension en Kevlar », explique Kris Voet de VEGA. « Certains puits d’observation sont si profonds que les capteurs sont suspendus à plus de 100 m de câble, ce qui représente un poids considérable. Mais avec le câble de suspension en Kevlar, il n’est pas nécessaire d’ajouter un câble externe. »
Les capteurs installés ont une plage de mesure de 4, 10 ou 25 m en fonction du site et des variations historiques de l’eau souterraine. Voet précise : « Ces différentes plages ont respectivement des précisions de 0,8 cm, 2 cm et 5 cm. Pour éviter d’avoir à compenser séparément chaque mesure pour la pression atmosphérique, nous avons choisi des capteurs de pression équipés d’un système de compensation intégré. Dans ces capteurs, la face arrière de la membrane de mesure est reliée à la pression atmosphérique par un capillaire. »
Renforcement mutuel
La fréquence de mesure de chaque capteur a été fixée par la VMM, VEGA et IMDC en tenant compte à la fois des fluctuations de la nappe et de la consommation d’énergie. Claus explique : « Dans la plupart des puits, le niveau de la nappe souterraine est mesuré et enregistré toutes les quatre heures. À cette fréquence, la batterie du module de communication a une autonomie de trois à quatre ans. La fréquence de mesure est cependant plus élevée aux endroits où le niveau de la nappe varie fortement, par exemple sous l’effet des marées, donc le long du littoral, de l’Escaut, etc. »
Il est toutefois à noter que les mesures automatiques à haute fréquence ne remplacent pas totalement les contrôles manuels. « Les appareils sont toujours étalonnés et validés sur base de nos mesures manuelles », explique Van Loon. « Lors de chaque contrôle, je déclenche d’abord une mesure automatique, avant d’effectuer une mesure manuelle suivant la méthode classique. Cela permet de détecter rapidement d’éventuels problèmes. »
Les contrôles manuels s’effectuent en principe tous les mois lors de la mise en service d’un capteur, et ensuite s’espacent peu à peu avec la durée de service du capteur. « Les capteurs VEGA nous permettent donc de consacrer progressivement moins de temps aux mesures, pour nous concentrer davantage sur la maintenance et la résolution de problèmes techniques, tant au niveau des puits d’observation que du réseau de surveillance phréatique. Nous constatons déjà un premier progrès dans ce sens. »
Texte et photos Elise Noyez
Sensibilisation accrue
L’automatisation du réseau de surveillance des eaux souterraines a été réalisée grâce à des fonds européens du Pacte Bleu et au soutien du plan d’investissement Vlaamse Veerkracht. Les données de mesure sont non seulement utilisées par la VMM, mais également entièrement accessibles au public via la DOV (base de données du sous-sol de Flandre). « Pour de nombreux citoyens et entreprises, le niveau des eaux souterraines reste encore une notion assez abstraite », observe Van Loon. « Cela se voit, par exemple, aux réactions lors de la publication d’un indicateur de niveau des nappes faisant état d’un niveau faible après une période de fortes pluies. À cet égard, les données supplémentaires provenant des mesures automatiques peuvent certainement contribuer à une meilleure prise de conscience. Elles montrent en effet clairement où nous en sommes à chaque instant. »
