Multidisciplinary study for the characterization of volcanic aquifers hydrogeological functioning : case of Bromo-Tengger volcano (East Java, Indonesia)

Les volcans sont des espaces qui combinent aleas et ressources naturelles, cette derniere justifiant la forte densite de population vivant sur de nombreux volcans actifs en milieu tropical. Au-dela d’une source de materiaux de construction, certains volcans sont consideres comme de veritables châteaux d’eau, offrant d’importantes possibilites d’adduction d’eau potable au travers de systemes aquiferes complexes et parfois artesiens. Le systeme aquifere du volcan Bromo-Tengger a l’Est de l’Ile de Java en Indonesie represente une ressource strategique grâce a sa principale source artesienne Umbulan qui alimente en partie la deuxieme plus grande ville d’Indonesie (Surabaya). Depuis plus d’une decennie, cette ressource subit une pression croissante avec une augmentation des besoins en eau pour les pratiques agricoles, le developpement industriel, l’augmentation de la population et est accentuee par des techniques de forage de plus en plus accessibles. Connu comme l’un des stratovolcans les plus visites au monde, le potentiel aquifere du Bromo-Tengger n’etait jusqu’ici que tres peu etudie.Dans le cadre de ce travail, une approche multidisciplinaire a ete utilisee pour caracteriser l’hydrogeologie du flanc Nord du Bromo-Tengger et sa plaine artesienne.Les resultats geologiques et geophysiques ont permis de preciser la lithologie et la geometrie des formations aquiferes du volcan mais egalement d’identifier le contexte d’emergence des exutoires naturels telles que les grandes sources artesiennes de piedmonts volcaniques.Les conditions climatiques ont ete caracterisees avec la mise en place de stations meteorologiques le long du flanc Nord du volcan et completees par l’instrumentation d’un bassin versant representatif. Confrontees aux donnees hydrochimiques et isotopiques, elles ont permis une analyse quantitative de la distribution de la recharge et l’elaboration d’un premier modele conceptuel hydrogeologique. La recharge s’effectue sur tout le flanc du volcan (≈66% de la pluie) avec une zone preferentielle de recharge identifiee vers 1000 m d’altitude due principalement aux effets orographiques. Conceptuellement, les eaux infiltrees alimentent un systeme binaire compose d’un reseau d’aquiferes perches alimentant tout ou partie un aquifere libre de base dont la partie terminale devient captive vers la plaine au travers d’un aquifere artesien multicouche, expliquant les fortes productivites aquiferes de la zone.Un nouveau dispositif de mesure sur forages artesiens a ete developpe, combinant essai par pompage et mesure du charge hydraulique. Leur interpretation permet d’estimer les parametres hydrodynamiques ainsi que la realisation une carte piezometrique de l’aquifere artesien de Pasuruan. Ces derniers resultats, ont permis de definir les principales directions et systemes d’ecoulement ainsi que les temps de transit.Un premier modele numerique d’ecoulement en regime permanent montre une bonne coherence avec le modele conceptuel precedemment developpe. Il permet une meilleure comprehension du fonctionnement hydrogeologique dans la situation presente et celle de pre-exploitation. Confronte aux donnees d’analyse d’âge de l’eau souterraine dans la plaine, il permet de discuter du modele d’ecoulement le plus realiste a considerer a l’echelle du volcan.Ces travaux de recherche contribuent a ameliorer la connaissance hydrogeologique des stratovolcans andesitiques en position d’arc volcanique sous climat tropical, incluant une caldera, des aquiferes perches de haute altitude ainsi qu’une plaine volcano-sedimentaire multicouche et artesienne.