Ce Document Est Le Fruit D'un Long Travail Approuvé Par Le Jury De Soutenance Et Mis À Disposition De L'ensemble De La Communauté Universitaire Élargie
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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : [email protected] LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm 4 Université de Metz HYDROLOGIE ET KARSTOLOGIEDU BASSIN DU LOISON (woEvRESEPTENTRIONALE- LORRATNE) PatriceGAMEZ THÈSE DE DOCTORATDE L'UNIVERSITÉDE METZ CÉocnAPHIE PHYSIQUE (sousla direction du professeurF. REITEL) ) qst frl'ppT L /Mz-3t flAGASttl AVANT-PROPOS Notre projet d'étudedes processus hydrologiques et karstologiquesde Woëvreseptentrionale après avoir étéfavorablement accueilli par Monsieur le professeurF. Reitel,a toujoursreçu le soutienactif du C.E.G.U.M.C'est par I'intermédiaire des recherchêsmenées par le Centre d'Études Géographiquesde I'Universitéde Metzque nous avons pu nouerles contacts indispensablespour mener à bien cettetâche. Ce travail est lorrain par son objet, il est messinpar sa nécessaire logistique. Que Monsieurle professeurF. Reitel, directeurde recherche, qui a contrôléle premieret assuréla seconde,trouve ici I'expressionde notre profondegratitude. Des excursionset communicationsorganisées en Franceet à l'étranger par I'Association Françaisede Karstologie,nous avons pu tirer une irremplaçableouveffure sur cettescience, alors que notre vision préalable était avanttout spéIéologique.Nous tenons à remerciertout particulièrement Monsieurle professeurJ. Nicod, longtempsprésident de cetteassociation, qui nous a tout naturellementapporté son expérienceet nous a permis d'acquérirde nouvellesméthodes de travailet de réflexion. Le départementde la Meuse a été le champ de nombreuxtravaux morphologiquesréalisés dans le cadre des recherchesmenées par I'Université de Nancy II. La qualité de ces investigationsdirigées par Monsieur le professeurJ. C. Bonnefont,ainsi que sesnombreux travaux personnelssur I'axe mosan,ont étépour nous une référence constante. Qu'il trouveici le témoignagede notrereconnaissance. C'est un autrenancéien, Monsieur le professeurR. Frécautaujourd'hui disparu, qui a guidé nos premiers pas en hydrologie. Monsieur J.-F. Zumstein,ingénieur hydrologue à I'Agence de I'Eau Rhin-Meuse,a assuÉla relèvede notreformation en ce domaine.Parallèlement, Monsieur S. Van Den Avenne, ingénieur hydrogéologueà la Direction Départementalede I'Agriculture de la Meuse,nous faisait profiter de ses II recherchesappliquées et nousouvrait ses archives. Que tous deuxtrouvent ici I'expressionde notresincère gratitude. Le ServiceRégional d'Aménagement des Eaux de Lorrainenous a aimablementcommuniqué les résultatshydrométriques des stationsde Han- lès-Juvignyet Billy-sous-Mangiennes; tandis qu'à I'Agencede I'Eau, Monsieur P. Bombardenous ouvrait ses archivesclimatologiques et que l'équipe desjaugeurs nous aidait à l'équipementet au rodagedu bassin d'investigationde Delut. Le Laboratoirede GéographiePhysique (C.E.G.U.M.) et son encadrementa suivi pas à pastoutes les étapesde ce travail. Nous devons plus particulièrementremercier nos amis J. Corbonnois,F. Gras et M. Sarypour les longuesséances passées à pataugerdans les argilesgrasses de la Woëvre ou les eaux fraîchesde la Dalle d'Etain, et les fructueux échangesde vuesqui en ont découlé. MessieursR. Poinsaint,M. Chaoubet D. Françoisont rapidementet efficacementrepris la chargede la gestiondes stationshydrométriques et desanalyses de laboratoire. Figureset illustrationsde ce travail ont été réaliséespar A. Devos, S. Boutter,M.-P. Testevuide et V. Lignac.Nous les remercionstous pour cetteaide précieuse. Merci égalementaux spéléologuesde I'Union Sportivedu Bassinde Longwy, du GroupeSpéléologique des Ardennes,à MM. D. Harmandet J.-P.Beaudoin, pour leur participationaux explorationset aux fastidieuses séanceshivemales de prospectionet de cartographiede I'endokarst. Enfin, noustenons à rendrehommage à la famille Perjean,de Delut, chezqui nous avonstoujours trouvé porte ouverteet chaleureuxaccueil, ainsi qu'à MadameC. Neumannqui a assuréavec compétence, célérité et amabilitéla frappede ce travail. I rNTRoDUcrroNcÉNÉnaLE 2 Depuis 1973, date de sa création, le Laboratoire de Géographie Physiquede I'Universitéde Mez (C.E.G.U.M.)s'est donné comme champ d'investigationle milieu lorrain. C'est donc tout naturellementque nos premièresrecherches se sont portéessur l'étude desprincipaux ensembles géomorphologiques d'une zoîe de contactentre Woëvre septentrionale et reversBatho-Bajocien de la cuesta de Moselle. Des prospectionsmenées peu auparavant,dans le cadre des activitésdu Spéléo-Clubde Metz',nous y avaientfait découvrirdes paysages originauxet entr'apercevoirla complexitédes processus morphogénétiques affectant cette zone de contact entre deux milieux lithologiques, I'un argileux,I'autre carbonaté. Deux circonstancesvont orienterinsensiblement la recherchedont nous présentonsles résultatsdans ce travail. La premièrea trait à notre rencontreavec le club spéléologiquede I'Union Sportive du Bassin de Longwy qui entreprenaità l'époque la prospectionet l'exploration du karst Bathoniende la Dalle d'Etain. La rigueur techniqueet I'ouvertured'esprit de ce club récemmentcréé allaient nous pennettre d'arpenter week-end après week-end les forêts de I'interfluve Loison-Othain,puis des secteursvoisins, et d'aborderenfin l'étude du milieu souterrain. Nous prenionsalors consciencede I'interdépendanceentre processus morphogénétiquesde surfaceet souterrains. La deuxièmecirconstance tient à la mise en route,par le C.E.G.U.M., en 1976,d'un plan de recherchesgéographiques sur I'espacelorrain, financé en partie par le Ministèrede I'EducationNationale (D.R.E.D.), et aux contactsnoués par le Centreavec des organismestels I'Agence de I'Eau Rhin-Meuseet le ServiceRégional d'Aménagement des Eaux de Lorraine. Les contratsd'études appliquées, passés avec ces organismes,allaient orienter durablementla vocation du laboratoirede géographiephysique et donnerune impulsionnouvelle à notre recherche. Tout en poursuivantet en élargissantà la Woëvre septentrionalenotre champd'investigation morphologique, nous le complétionsd'une dimension hydrologique.L'aide matérielleet techniquede I'Agence de I'Eau et de la D.D.A.F. Meusepermettaient de compléterl'équipement hydrométrique du bassin-versantdu Loison- réduit à l'époqueà la seulestation S.R.A.E.L. de Han-lès-Juvigny.Le virageétait pris, le C.E.G.U.M.s'équipait à sontour en matériel de terrain et de laboratoire,formait son personnelet nous permettait d'entreprendreune étude synthétiquedu bassin-versantdu Loison, de sescaractères morphogénétique, hydrologique et karstologique. Nous avons voulu guê, dans sa pratique, notre démarche reste essentiellementgéographique. Nous avons privilégié, dans la mesuredu possible,l'étude des relationset interactionsentre substrat, morphogénèse, climat, écoulements,en intégrantaussi les effets anciensou actuelsde I'actionhumaine. La morphogénèsede la Woëvreseptentrionale, flanc nord du synclinal de Luxembourg,est dominéepar deux grandscontrastes lithologiques. A I'ouest, I'ensemblecarbonaté oxfordien a donné la cuestade Meuse dominantla cuvetteargileuse de la plaine de Woëvre.A I'est, les argiles calloviennesreposent sur un deuxièmeensemble carbonaté,la Dalle d'Etain du Bathonien. Le développement,unique en Woëvre, d'un réseauhydrographique orthoclinal, rattachéà la Meuse par I'intermédiaire de la Chiers, est dépendantdes conditions lithologiques,tectoniques et morphologiques locales.La présenceou I'absencede dépôtsquaternaires conditionne, en liaison avec la nature des réservoirs aquifères,la dynamique des écoulements. Ceux-ci sont égalementmarqués par la présenced'un karst couvertqui conditionnela dynamiquede surface,laquelle pèse à son tour sur le développementdu karstet déterminedes modalités érosives originales. L'ensembleest placésous la commandeéminente du climat. tr a connu par le passédes modifications radicales dont I'impactsur la morphologieet I'hydrographiese lisent encoredans les paysages.A dominantetempérée océanique,avec toutefois une touche discrètede continentalitéet des particularitésliées à la dispositiondes grandeslignes du relief, il conserve aujourd'huiun impactfondamental sur les modalitésde l'écoulementet la morphogénèse. La première partie de ce travail présenteradonc I'originalité des facteurs géophysiquesde l'écoulement en Woëvre septentrionale: oppositionslithologiques imposées par les grandesphases de I'histoire tectoniquede la Lorraine septentrionale,hydrographie restée dépendante du bassinmosan, morphogénèse héritée d'une longueévolution dans laquelle le Quaternairejoue un rôle de tout premierplan. Nous termineronscette première partie par une revue despotentialités hydrologiquesd'un climat pluviométriquementversatile et thermiquement contrasté. La mise en exerguedes originalitésde la V/oëvre sepûentrionalenous pennet d'aborder, dans une deuxièmepartie, l'étude hydrologique du bassin-versantdu Loison. Par I'associationen un même ensemble 4 hydrographiquede milieux originaux, il paraît représentatifde la Woëvre sèptentriônale.Les donnéeshydrologiques disponibles permettent d'étudier les caractéristiquesdu régimedu