Apport d'eau lié à la fonte nivale et restitution en tête de bassin versant cristallin à l'échelle locale : exemple du Lignon du Forez, Massif Central, France

Water contribution given by snow melting and restitution in top of a cristalline watershed at local scale: example of the Lignon du Forez River, Massif Central, France

¹ Ecole des Mines de Saint-Etienne, Géosciences & Environnement, UMR CNRS 5600 EVS, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne, France
e-mail: bouron@emse.fr; mimoun@emse.fr; graillot@emse.fr
² Ecole Nationale des Travaux Publics de l'État, UMR CNRS 5023 LENA, Rue Maurice Audin, F- 69518 Vaulx-en-Velin Cedex, France
e-mail: Thierry.WINIARSKI@entpe.fr

Résumé

Cet article se positionne dans l'étude des hydrosystèmes aux interfaces, domaine délicat en hydrologie de montagne en raison du comportement variable dans le temps et l'espace des échanges entre la neige, le sol et le sous-sol. Il s'agit d'évaluer les échanges entre la neige sous forme liquide et le sol ainsi que sa restitution en tête d'un bassin versant de moyenne montagne (Lignon du Forez, Massif Central). L'héritage glaciaire du site d'étude donne lieu à une configuration favorable à l'affleurement des sources du Lignon. La source Nord semble dépendre de la configuration du sol et de l'accumulation neigeuse dont son bassin versant bénéficie pendant l'hiver. L'accent est donc mis sur le suivi de l'accumulation neigeuse et l'évaluation de l'équivalent en eau liquide, puis le suivi de son infiltration, et enfin sa restitution à la source. La cartographie de l'accumulation neigeuse et de l'équivalent en eau liquide a été réalisée à l'aide d'un radar géologique (Ground Penetrating Radar). Cette méthode a permis également une cartographie des épaisseurs de sol rencontrées, qui semblent jouer le rôle d'aquifère certaines années. Le suivi de l'infiltration a été mené durant un hiver et une période de fonte grâce à une fosse creusée dans le sol et équipée de sondes de température et d'humidité du type TDR (Time Domain Reflectometry). Indirectement, cette station de mesure permet de détecter la présence de neige sur le sol et d'estimer une vitesse de fonte de la neige. Ce volume d'eau issu de la fonte est quantifié à la source et contribue aux débits annuels.

Abstract

This article takes part in the study of hydrosystems interfaces, a tricky discipline in mountain hydrology, due to the inconstant behavior of the exchanges between snow, soils and substratum. The main goal is to assess the exchanges of the snow melting and its restitution in the top of a mid-mountain watershed (Lignon du Forez, Massif Central, France). The glacial heritage of the study area shows a favorable configuration for the Lignon river springs. The Northern spring seems to depend soil configuration and snow accumulation of the watershed during winter. A focus has been done on the snow accumulation and the snow water equivalent, then a monitoring of infiltration, and finally its restitution at the spring.

The mapping of snow accumulation and snow water equivalent were conducted with ground penetrating radar. This method has been used again to investigate and to map soils depths, where this soil thickness acts as an unconfined aquifer in certain years.

The infiltration monitoring has been done during winter and melting time thanks to a pit dug up in the soil and equipped with Time Domain Reflectometry temperature and moisture probes. This monitoring station can detect snow presence on the ground indirectly, and can give a melting rate estimation of the snow.

The volume of water given by snow melting is quantified at the spring of the river, where melting flows are clearly visible in annual flows.