Characterizing the vadose zone and a perched aquifer near the Vosges ridge at the La Soutte experimental site, Obernai, France

We consider a series of hydrogeophysical techniques that provide a multiscale investigation of the water content in the vadose zone and of the perched aquifer at the experimental site of “La Soutte” in the Vosges Mountains (France). It is located in a catchment area where several springs and streams occur along fractured volcanic and weathered plutonic rocks. The site is the object of a long-term study that uses both continuous and repeated measurements to monitor hydrogeological processes. The main results from AMT and DC resistivity techniques allow the determination of a high-resolution 3D resistivity model over a large range of depths (from 100 to 103 m). We discuss their use and propose a hydrogeological model (porosity, water conductivity and water content). We also use MRS and GPR for a detailed investigation of the shallow part of the catchment that consists of soil and weathered rocks of highly varying thickness (0 to 15 m). MRS is used to map the thickness and total water volume content by unit surface of the saturated weathered zone. It also yields estimates of the vadose zone thickness through the depth to the top of the saturated zone. Moreover, we show results from GPR CMP measurements that yield estimates of the water content and porosity in the shallowest layer (0–30 cm) by simple interpretation of the ground direct wave.

RésuméCaractérisation de la zone vadose et d’un aquifère perché près de la crête des Vosges sur le site expérimental de La Soutte, Obernai, France. Nous considérons une série de techniques hydrogéophysiques qui permettent une étude multiéchelle du contenu en eau dans la zone vadose et des aquifères perchés sur le site expérimental de La Soutte dans les Vosges (France). Il se situe sur un bassin versant où plusieurs sources et ruisseaux apparaissent le long de fractures volcaniques et à proximité de roches plutoniques altérées. Le site est concerné par une étude à long terme commencée en 2004, qui utilise des mesures en continu et d’autres répétées afin de suivre les processus hydrogéologiques. La synthèse des résultats obtenus par les méthodes audiomagnétotellurique (AMT) et de résistivité en courant continu (DC) permet de produire un modèle 3D de résistivité avec une haute résolution et sur une large gamme de profondeurs (de 100 à 103 m). Nous discutons aussi de leur utilisation et proposons un modèle hydrogéologique (porosité, conductivité de l’eau et teneur en eau). Nous utilisons aussi la Résonance Magnétique Protonique (MRS) et le géoradar (GPR) pour analyser plus précisément la partie issue de l’altération des roches dont l’épaisseur est très variable (0 à 15 m). Le sondage par MRS est utilisé pour faire une carte de l’épaisseur saturée de la zone altérée. Cela permet également une estimation de l’épaisseur de l’aquifère perché et de son volume total d’eau par unité de surface. Cela renseigne aussi sur l’épaisseur de la zone vadose à partir de la profondeur du toit de la zone saturée. En complément, nous montrons des résultats de mesures GPR en configuration point milieu commun (CMP), qui conduisent à des estimations du contenu en eau et de la porosité dans la couche la moins profonde (0–30 cm) par une simple interprétation de l’onde directe dans le sol.