Détermination des vitesses de transfert de l’eau et des nitrates dans la zone non saturée de l’aquifère crayeux en territoire haut-normand

La nappe de la craie fournit la quasi-totalité du volume d’eau utilisé pour l’alimentation en eau potable de la population haut-normande. Il est donc primordial d’assurer un suivi qualitatif de cette ressource. La forte activité agricole passée et présente de la Haute-Normandie représente un risque non négligeable de pollution de cette nappe . Différentes méthodes permettent de caractériser le stock de nitrates présent en zone non saturée et d’y étudier les phénomènes de transfert avant leur arrivée dans la nappe . Ces études ont pour but de caractériser le risque de pollution encouru afin d’obtenir une meilleure compréhension et prévision de la qualité des eaux souterraines vis-à-vis du paramètre nitrate.

En 2008-2009, la DREAL Haute-Normandie, l’Agence de l’Eau Seine-Normandie et le BRGM ont mené avec la collaboration des Chambres d’Agricultures haut-normandes, une étude visant à déterminer les stocks de nitrate présents en zone non saturée ( ZNS ), à identifier les mécanismes d’infiltration de l’eau et des solutés dans la ZNS , et à y estimer les vitesses de circulation. Deux sites d’étude, respectivement situés dans les communes de Goderville (76) et Mousseaux-Neuville (27), ont été retenus pour cette étude. Un forage a été effectué sur chaque site et la méthodologie suivante a ensuite été appliquée :

Mesure de l’activité tritium sur l’eau extraite des solides récupérés lors de la foration afin de déterminer la vitesse de migration de l’eau ;
Mesure des teneurs en azote (nitrates) sur les mêmes solides ;
Comparaison des profils tritium et nitrates et consultation de l’historique des pratiques culturales (détermination de pics de nitrates) afin d’estimer la vitesse de transfert des nitrates et de vérifier la cohérence des résultats ;
Modélisation des transferts de l’eau et des nitrates afin de simuler les données observées et éventuellement de prévoir les évolutions du transfert des nitrates.

Evaluation des stocks de nitrates dans la zone non saturée

Tableau 1 : Stocks d’azote par tranches de ZNs sur les sites de Goderville et Mousseaux-Neuville

Figure 1 : Quantités cumulées d’azote en fonction de la profondeur à Goderville et Mousseaux-Neuville

Estimation des vitesses et des modalités de transfert

La vitesse de transfert de l’eau dans la zone non saturée de l’ aquifère crayeux peut être estimée grâce à la mesure de l’activité « tritium ». Le tritium, isotope radioactif de l’hydrogène, est un composant intrinsèque des molécules d’eau. La mesure de l’activité du tritium permet idéalement de déterminer un pic de présence le long du profil foré. Ce pic, associé à un maximum de concentration de tritium dans l’atmosphère en 1963 suite aux essais nucléaires, permet de fournir une estimation de la vitesse moyenne de transfert de l’eau.

La réalisation d’un profil de concentration en nitrates le long du forage permet également d’estimer sa vitesse de migration par différents moyens. D’abord, des comparaisons de profils nitrates plus anciens réalisés au même endroit peuvent fournir une première idée des vitesses de transfert. Ensuite, il est possible d’établir des corrélations entre les différents pics de nitrate observés et les pratiques culturales historiques de la zone d’étude. Dans les deux cas, la distance de migration, mise en relation avec une durée, permet d’obtenir une valeur hypothétique de vitesse de transfert des nitrates. Les résultats des deux sites d’étude concernant les vitesses de transfert sont présentés dans le Tableau 2 plus bas.

Une forte variabilité semble exister entre les deux sites concernant les vitesses de transfert. Les facteurs susceptibles d’influencer ces vitesses sont la recharge de la nappe (de fortes précipitations ou des cultures avec un fort apport en eau entraînent des vitesses plus importantes) et la nature du sous-sol (la présence de formations superficielles puissantes et de racines d’altération favorise la migration rapide des nitrates).

Des hypothèses concernant les modalités de transfert de l’eau en zone non saturée peuvent être formulées grâce à la synthèse des observations faites sur les différents profils réalisés. Les premières conclusions de l’étude, illustrées en Figure 2 plus bas, sont les suivantes :

A travers les formations superficielles : écoulement gravitaire couplé à un drainage horizontal vers les racines d’altération ;
Ecoulement préférentiel via les racines d’altération ;
Dans la craie :
- Ecoulement gravitaire dans le premier horizon de craie altérée et fissuré ;
- Flux matriciel très lent dans la craie saine ;
- Possible transfert via les fractures de la craie non saturée en cas de fortes recharges ;
- Des discontinuités sédimentaires (bancs de silex, surfaces indurées) peuvent affecter significativement les écoulements.

Détermination des vitesses de transfert de l’eau et des nitrates dans la zone non saturée de l’aquifère crayeux en territoire haut-normand

Caractérisation des stocks et identification des mécanismes de transfert de l’eau et des nitrates en zone non saturée

Evaluation des stocks de nitrates dans la zone non saturée

Tableau 1 : Stocks d’azote par tranches de ZNs sur les sites de Goderville et Mousseaux-Neuville

Figure 1 : Quantités cumulées d’azote en fonction de la profondeur à Goderville et Mousseaux-Neuville

Estimation des vitesses et des modalités de transfert

Tableau 2 : Résultats d’estimation des vitesses de transfert des nitrates en zone non saturée

Figure 2 : Schéma de principe hypothétique des écoulements en zone non saturée de l’aquifère crayeux

Prévision de l’évolution de la qualité de l’eau

Bibliographie