Les tunnels alpins : observatoires de l’hydrogéologie des grands massifs montagneux

The Mont-Blanc road tunnel: example of groundwater observatory in the Alps

Bureau de Recherches Géologiques et Minières – EAU/NRE, 1039 rue de Pinville, 34000 Montpellier
e-mail : jc.marechal@brgm.fr

Résumé

L’étude des venues d’eau rencontrées lors de la réalisation d’ouvrages souterrains au travers des Alpes a permis de caractériser les circulations profondes d’eau souterraine au sein de ces massifs montagneux. Les principaux résultats sont illustrés au moyen de l’exemple du tunnel du Mont-Blanc. Les perméabilités mesurées dans les tunnels sont dépendantes de trois paramètres : l’échelle (forte variabilité des perméabilités dans les petits tronçons), la lithologie (roches cristallines plus perméables que les roches cristallophylliennes) et la profondeur (décroissance de perméabilité avec la profondeur du tunnel) des tronçons considérés. Une zone décomprimée caractérise les 600 premiers mètres au sein desquels la perméabilité est plus élevée. La température des eaux s’avère être un traceur efficace des circulations d’eau dans les massifs, l’eau s’infiltrant en altitude à température peu élevée contribuant au refroidissement des massifs. Les âges des eaux sont cohérents avec l’hydrodynamisme du massif, avec la présence d’eaux anciennes dans les parties les moins perméables et d’eaux récentes dans les zones les plus perméables. Un mélange d’eaux récentes et anciennes est observé dans les zones à perméabilité intermédiaire. Dans la plupart des ouvrages, les teneurs en Oxygène-18 sont compatibles avec des aires de recharge situées verticalement au droit des venues d’eau. Seules quelques exceptions mettent en évidence des circulations régionales, l’influence de la zone décomprimée ou l’infiltration d’eaux de surface (lacs).

Abstract

The study of water inflows in tunnels through the Alps allow characterizing deep groundwater flows within mountainous massifs. Main results are illustrated using the Mont-Blanc road tunnel example. Measured permeability into tunnels depends on three parameters : the scale (high variability of permeability in small tunnel parts), the lithology (crystalline rocks more permeable than micas-rich rocks) and the depth (permeability decrease with depth) of the studied parts of the tunnels. A “decompressed zone” corresponds to the first 600 m of the massif within which the permeability is higher. Water temperature is a good indicator of deep groundwater flow, water infiltrating at high altitudes being colder, then has a cooling effect on the massif. Ages of water determined using tritium are dependent on the hydrodynamics of the massif with recent water in highly permeable zones, old water in low permeability zones and a mixing of water in medium permeability zones. Oxygen-18 data primarily reflect the recharge altitude, which can be predicted a priori by considering the large-scale geological structures of each massif and the extent to which they control the subvertical paths followed by the groundwater. Anomalous 180 data may reflect local or general departures from this interpretation, including regional groundwater pathway, effect of “decompressed zone” or relationship with surface water bodies.