OHGE

L’Observatoire Hydro-Géochimique de l’Environnement OHGE (http://ohge.unistra.fr) est un service national d’observation labélisé par le CNRS/INSU et rattaché à l’Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre (EOST) de Strasbourg.

Le site d’étude et d’observation de l’OHGE est le bassin versant du Strengbach, un écosystème forestier de 80ha (figure 1), situé sur le versant oriental du massif vosgien, à 58 Km au Sud-Ouest de Strasbourg.

Les paramètres météorologiques, géochimiques et hydrologiques sont suivis depuis 1986. L’OHGE dispose donc de séries temporelles exceptionnelles de plus de 30 ans ce qui en fait un des sites les plus anciens suivis dans le monde.

L’OHGE a un rôle d’étude et de surveillance à long terme des écosystèmes et de leurs modifications en lien avec des perturbations naturelles ou anthropiques. 
Il s’inscrit dans les grands enjeux environnementaux de préservation des sols, des eaux et des systèmes forestiers.

En effet, en zone de moyenne montagne les ressources en eau potable ou en eau pour l’agriculture et l’élevage proviennent généralement des sources naturelles. Quel sera alors l’effet du changement climatique (changement du régime pluviométrique, diminution ou disparition du couvert neigeux hivernal) sur le stock d’eau et le fonctionnement hydrologique des systèmes ?

Par ailleurs, la forêt représente une richesse économique. Dans ce contexte, comment évaluer la pérennité de la fertilité des sols et de leur résilience face à la sylviculture ? Comment mettre en place des pratiques adaptées à la nature des sols ?

Description

Ce bassin versant majoritairement granitique est constitué de trois unités géologiques : un granite à cordiérite (faciès principal), un microgranite à aplite et une bande de gneiss à silimanite localisée sur le sommet orienté au nord. La roche principale présente un caractère acide prononcé et a été plus ou moins hydrothermalisée dans sa phase tardi magmatique

L’altitude est comprise entre 883 m à l’exutoire et 1146 m au sommet avec des limites hydrologiques bien définies par les contours topographiques.

La forêt représente environ 90% de la surface du bassin versant. Le couvert végétal, continu et homogène, est dominé par les conifères : 80% de résineux, principalement de l’épicéa et 20% de feuillus, principalement du hêtre. Certaines parcelles peuvent être particulièrement denses allant jusqu’à plus de 2000 tiges/ha. La forêt présente des symptômes de dépérissement (visibles sur les épicéas et les sapins).

Le climat est de type océanique montagnard et l’essentiel des précipitations est apporté par des dépressions atlantiques. En moyenne 20 % de ces précipitations sont sous forme de neige de novembre à avril. La température moyenne est de 6°C, les entrées atmosphériques de 1380 mm/an et les sorties de 806 mm/an (valeurs moyennes annuelles pour la période 1986-2016).

Le pH moyen des pluies est acide et a évolué depuis 30 ans passant d’une moyenne d’environ 4,5 en 1986 à 5,6 en 2016. Les ions dominants des pluies (SO42-, Cl-, NO3-, H+, NH4+) proviennent des émissions atmosphériques d’origine anthropique (les fortes concentrations en sulfate et en composés azotés sont directement liées aux émissions de SO2 et NOx dans l’air).

Missions

La pérennisation des diverses mesures et analyses collectées depuis 1986 permet à l’OHGE de se placer dans les grandes thématiques environnementales actuelles et s’inscrit dans les besoins de la communauté scientifique internationale à disposer de sites de références et de longues séries temporelles. Ainsi, l’OHGE représente un site opérationnel pour de nombreux projets de recherche pluridisciplinaire (sciences de l’environnement, géochimie, hydrologie, géophysique, écologie, géologie…).

Les différentes missions que se fixe l’OHGE s’orientent autour de 4 axes principaux :

  • être un observatoire, une sentinelle du milieu naturel et mettre à disposition les données acquises,
  • être un laboratoire naturel opérationnel servant de support pour des travaux de recherche,
  • être un site permettant de tester et valider de nouveaux traceurs, outils, modèles, méthodologies
  • être un outil de formation dans les différents niveaux universitaires (L, M, D) + outil de vulgarisation scientifique
  • être un outil de conservation, archivage d’échantillons naturels (eaux, sols, roches, carottes profondes, végétaux….).

Les principaux objectifs scientifiques sont :

  • Etudier, mieux comprendre et quantifier les processus d’échanges et de transferts (d’eau et d’éléments) entre les réservoirs de surface (atmosphère/eau/sol/plantes).
  • Comprendre les réponses du milieu naturel face aux perturbations naturelles et anthropiques (changement climatique, exploitation forestière, pollutions atmosphériques).
  • Modéliser le fonctionnement couplé bio-hydro-géochimique à l’échelle du bassin versant et ainsi modéliser également les évolutions futures des systèmes naturels.

Données acquises

Les équipements installés sur le bassin versant du Strengbach permettent d’acquérir des données météorologiques, hydrologiques et géochimiques à l’échelle de l’ensemble du bassin.

Deux stations météorologiques et des pluviographes sont installés au sommet et au niveau de l’exutoire  permettant d’obtenir un enregistrement continu des températures, humidité, rayonnement, vent et pluviométrie (figure 2).

Un réseau de pluviomètres installés à divers endroits représentatifs du bassin versant permet d’étudier la variabilité spatiale des quantités et de la qualité des eaux précipitées.

Deux parcelles expérimentales où sont collectés et étudiés les pluviolessivats, les solutions de sols, les sols et la végétation ont été développées sous chacune des deux espèces principales d’arbre peuplant le bassin ; une sous épicéas et une sous hêtre (figure 3).

Les données hydrologiques sont obtenues par mesures directes continues (exutoire) ou ponctuelles (ensemble des sources et ruisseaux) des débits. Un réseau de piézomètre permet de suivre les variations de hauteurs d’eau des aquifères. Deux préleveurs automatiques en parallèles permettent d’étudier les crues (figure 4).

Les paramètres physico-chimiques (pH, conductivité, alcalinité, COD, concentrations en Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, SO42-, Cl, NO3-, PO4, Si, Al, Mn, Fe et divers éléments traces) sont déterminés sur les différents échantillons de solutions étudiées (pluie, neige, pluviolessivats, solutions de sols, sources, ruisseaux). Les fréquences d’échantillonnage et d’analyse varient de 2 (exutoires, sources, pluviolessivats, pluies) à 6 semaines (solutions de sols, ruisseaux annexes).