Surveillance qualité des eaux de la nappe d’Alsace

Le suivi de la qualité des eaux souterraines, dans le temps et l’espace, est un élément indispensable pour la connaissance et la protection de la nappe rhénane. En Alsace, le réseau d’observation général a été conçu pour évaluer de façon globale la qualité des eaux souterraines. Plus de 700 points de prélèvements ( puits , forages) ont ainsi été répartis, de façon homogène, sur l’ensemble de la nappe .
Parmi ces points d’observation, une centaine sont des puits d’alimentation en eau potable, suivis régulièrement par l’Agence Régionale de Santé (ARS), les autres points sont constitués par des puits à usage agricole, domestique ou industriel, ou par des piézomètres.

Une campagne de mesures et d’analyses est menée environ tous les six ans. Elle concerne la température, la conductivité , le pH, la teneur en calcium et magnésium (dureté), les teneurs en sodium, en potassium, en ions ammonium, bicarbonates, nitrates, sulfates et chlorures, ainsi que les teneurs en micropolluants organiques depuis 1991. Les données qualité sont stockées dans l’Observatoire de la nappe d’Alsace qui est gérée depuis 1996 par l’APRONA.

Lorsqu’elle n’a pas subi de contaminations liées aux différentes activités humaines, l’eau de la nappe du Rhin se caractérise par une excellente qualité organoleptique, une excellente qualité microbiologique, ainsi qu’un bon équilibre physico-chimique ; c’est une eau moyennement dure. La conductivité médiane est de 655 uS et le pH de 7,2. Les eaux les plus acides sont observées au niveau des cônes de déjection des rivières vosgiennes et dans le Pliocène de Haguenau.
La température de la nappe est comprise entre 10 et 15 °C avec une moyenne de 13 °C. Du fait de sa température constante (de 10 à 3 °C à 40 m de profondeur), la nappe est également très utilisée pour le chauffage et la climatisation par pompes à chaleur.

Pour une description des autres types de suivis de la qualité des eaux souterraines (suivi sanitaire des captages d’eau potable par l’Agence Régionale de Santé ou suivi de l’état qualitatif des masses d’eau ou réseau DCE par l’Agence de l’eau Rhin-Meuse), se diriger vers la rubrique Qualité des eaux souterraines du SIGES Rhin-Meuse.

Un outil cartographique référence des zones au sein desquelles des pollutions d’origine industrielle ont été constatées dans les eaux souterraines du grand système aquifère plio-quaternaire de la Plaine d’Alsace.

Cette cartographie, menée selon une approche globale à l’échelle régionale, est mise à disposition dans l’espace cartographique du SIGES et accessible en cliquant sur le lien ci-dessous
« Carte des zones d’attention ».

Contexte général

La nappe d’Alsace, partie française de l’ aquifère Rhénan, est une ressource en eau importante par sa qualité originelle et la quantité d’eau disponible. Elle constitue une richesse indéniable et représente un atout économique majeur.
Mais cette ressource en eau très attractive est extrêmement vulnérable et sensible aux pollutions diffuses et ponctuelles. Parallèlement, l’activité industrielle est dense et historiquement ancrée en Alsace et fait courir d’importants risques de dégradation de la qualité des eaux souterraines.

Ainsi la nappe d’Alsace est impactée par les nombreuses pressions industrielles de la vallée du Rhin et par les déversements accidentels. Les critères de potabilité pour la qualité de l’eau ont été dépassés pour les chlorures issus de l’ancienne exploitation minière de potasse et localement pour des teneurs en solvants chlorés, BTEX, hydrocarbures et métaux issus de sites de production. La présence avérée de ces pollutions a obligé l’abandon de certains captages. Des travaux d’investigations et de dépollution ont été engagés sur différents secteurs sous contrôle de la DREAL Grand-Est.

Dans ce contexte et dans le cadre d’une convention de recherche et de développement partagée avec la DREAL , le BRGM a entrepris depuis 2015 de réaliser une étude sur la présence potentielle de pollutions d’origine industrielle au droit de la nappe d’Alsace.
Ses objectifs sont multiples :

• Établir pour les eaux souterraines une cartographie des « zones d’attention » contenant potentiellement des composés liés à des activités industrielles ;
• Permettre aux services déconcentrés de l’Etat d’exploiter cette cartographie pour les études d’impacts sanitaires ;
• Mettre à disposition du public des informations pertinentes et compréhensibles par tous.

Ce projet a été conduit par un Comité de pilotage (COPIL) constitué en première phase d’étude et réunissant les acteurs régionaux des thématiques « eaux souterraines » et « activité industrielle » des services déconcentrés de l’Etat ( DREAL , ARS, DDT ), de l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse (AERM) et des collectivités territoriales (Eurométropole de Strasbourg).

Méthodologie

La méthodologie développée dans le cadre de cette étude a été basée sur une analyse statistique globale de l’ensemble des résultats d’analyses chimiques des eaux souterraines disponibles sous ADES , portail national d’accès aux données sur les eaux souterraines et issus du réseau de qualitomètres situés dans la zone d’étude. Ainsi, 100 766 résultats d’analyses ont pu être exploités sur plus de 1 700 qualitomètres. La période d’analyse retenue s’échelonne de 2009 à 2016, date des dernières analyses disponibles en date de la dernière mise à jour du projet (2017). Les connaissances sur les comportements des polluants et sur leurs modes de transferts dans les eaux souterraines ont été pris en compte afin d’apporter une interprétation la plus adaptée possible aux réalités des transferts.

26 composés appartenant à 5 familles ont été retenus. Les 5 familles recherchées sont :

• les composés organiques halogénés volatils (COHV),
• les hydrocarbures (HCT),
• les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP),
• les BTEX
• les métaux.

Considérant l’étendue spatiale de l’étude, la multitude des paramètres étudiés, le grand nombre de qualitomètres intégrés et l’hétérogénéité des données accessibles et les lacunes d’informations, un certain nombre de limite ont été soulevées.
A l’aune de ces limites, cette cartographie permet de cibler les principales zones d’attention et d’alerter les instances décisionnaires sur les enjeux futurs. Des études locales plus détaillées de surveillance associées à une pollution connue pourront être engagées, à l’instar des travaux réalisés par l’Eurométropole de Strasbourg (EMS) sur le suivi des panaches de pollution au COHV dans le cadre de l’Observatoire de la nappe d’Alsace (ONAP).
La connaissance territoriale de l’enjeu plus ou moins fort que constitue la pollution industrielle est un élément important en termes d’élaboration de réseaux de surveillance et de gestion des eaux souterraines afin de prendre les mesures conservatoires nécessaires (information, restrictions d’usage de l’eau) et, le cas échéant, piloter les actions de dépollution.
Note : Des zones impactées ont été identifiées là où la donnée a été bancarisée. A contrario, l’étude a révélée des « zones blanches », là où aucune donnée n’est disponible sur la période retenue.

Valeurs seuil et définition des classe de qualité

Pour chaque composé, 4 seuils ont été fixés afin d’identifier 5 niveaux de gammes de concentrations permettant de classer de façon graduée les niveaux de qualité des eaux souterraines associées aux ouvrages.
Le « Seuil 2 » correspond à la valeur fixée d’après les arrêtés de limite de qualité des eaux destinés à la consommation humaine lorsque celles-ci sont disponibles ou à défaut par les valeurs seuils nationales servant à déterminer l’état chimique des eaux souterraines (circulaire du 23/10/2012). Le « Seuil 1 » est égal à 75% de la valeur du « Seuil 2 » ; il permet de créer un seuil de vigilance.

Ces seuils par composé sont définis dans le tableau ci-dessous :

Synthèse des seuils (en µg/l) définis pour déterminer l’influence des paramètres

© BRGM

         Synthèse des seuils (en µg/l) définis pour déterminer l’influence des paramètres

Cette approche itérative en plusieurs seuils permet de déterminer pour un paramètre en un point, son influence sur la qualité des eaux souterraines. Cette influence a été définie par classe de qualité selon les règles suivantes :

• Pour la gestion des résultats d’analyse inférieurs à la limite de quantification (LQ) : la valeur retenue pour tous les calculs (moyenne annuelle et moyenne des moyennes) est LQ/2.
• Pour le traitement des données : à partir du calcul de la moyenne des moyennes annuelles sur la période de référence (Mma) et du calcul des fréquences de dépassement de chaque seuil, les règles suivantes de classement s’appliquent si :
  • Mma< seuil : inférieur au seuil
  • Mma > seuil + Freq seuil + (Freq> 20% ou moins de 5 mesures) → Supérieur au seuil
    Mma = Moyenne des moyennes annuelles des concentrations du paramètre considéré
    Freq = Fréquence de dépassement de la valeur seuil du paramètre considéré
    Les chroniques doivent compter au moins 5 valeurs. Dans le cas où l’on dispose de moins de 5 analyses sur un paramètre, seul la valeur Mma est prise en compte.

Un point d’eau sera en classe « 0 » si :

• Mma ne dépasse pas la valeur « seuil 1 » du paramètre étudié ;
• et si, la fréquence de dépassement de la valeur « seuil 1 » (Freq) n’excède pas 20%.

Un point d’eau sera en classe « 1 » si :

• Mma est comprise entre les valeurs « seuil 1 » et « seuil 2 » ;
• et si, la fréquence de dépassement de la valeur « seuil 1 » (Freq) est supérieure à 20%.

Un point d’eau sera en classe « 2 » si :

• Mma est comprise entre les valeurs « seuil 2 » et « seuil 3 » ;
• et si, la fréquence de dépassement de la valeur « seuil 2 » (Freq) est supérieure à 20%.

Un point d’eau sera en classe « 3 » si :

• Mma est comprise entre les valeurs « seuil 3 » et « seuil 4 » ;
• et si, la fréquence de dépassement de la valeur « seuil 3 » (Freq) est supérieure à 20%.

Un point d’eau sera en classe « 4 » si :

• Mma est supérieure au « seuil 4 » ;
• et si, la fréquence de dépassement de la valeur « seuil 4 » (Freq) est supérieure à 20%.

A chaque point d’eau déclassé (classe ≥ 1) a été affectée une emprise géographique de vulnérabilité des eaux souterraines. Cette emprise, ou rayon d’influence potentielle, a été évaluée au regard du comportement des familles de composés. Ce rayon est fixé à 2 500 m pour les COHV et 500 m pour les HCT, HAP, BTEX et métaux. Les emprises ont été fusionnées par paramètre et par classe de qualité afin de délimiter des « zones d’attention sur la qualité des eaux souterraines ». Ces zones sont représentées selon le code couleur suivant :

Code couleur des classes de qualité pour les zones d’attention

© BRGM

            Code couleur des classes de qualité pour les zones d’attention

Bibliographie

• Guignat S. (2018) - Cartographie des zones d’attention sur les pollutions industrielles au droit de la nappe d’Alsace - Phase 2. Rapport final. BRGM/RP-67491-FR, 80 p., 20 ill., 4 ann., CD.
• Guignat S., Aubert N. (2016) – Cartographie des zones d’attention sur la présence potentielle de polluants d’origine industrielle dans la nappe d’Alsace. Rapport final. BRGM/RP-65466-FR, 63 p., 32 ill.,.4
  ann., 1 CD.