Etude du transfert des nitrates dans la zone non saturée et dans les eaux souterraines des aires d’alimentation de captage en Hauts-de-France(territoire picard)

L’évaluation de l’impact des changements de pratiques agricoles sur la qualité des eaux reste une question majeure. Les nappes et notamment la nappe de la Craie, aquifère majeur en Picardie, présentent une inertie pouvant être importante. L’amélioration de la qualité des eaux souterraines peut donc, dans certains cas, être largement différée par rapport à l’instauration de nouvelles pratiques. Les objectifs de cette étude réalisée en partenariat entre les organisations professionnelles et un organisme de recherche sont d’apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :

• A quelle échéance, les changements de pratiques auront un effet notable sur la qualité des eaux souterraines ?
• Quelle sera l’ampleur de cet effet ?
• Quelle est l’origine des nitrates présents dans la nappe  ?
  Pour répondre à ces objectifs, plusieurs approches complémentaires ont été mises en œuvre à deux échelles de travail. A l’échelle de 3 parcelles agricoles (nommées H, L, M) disposant d’un marqueur cultural (changement majeur de pratiques dans la fertilisation comme un retournement de prairie ou d’une mise en jachère), des carottages ont été réalisés (cf. Figure ci-contre). Ils doivent permettre d’une part d’évaluer le stock de nitrates présent dans la zone non saturée (c’est-à-dire la zone située entre la surface du sol et le sous-sol jusqu’à la nappe ) et d’estimer leur vitesse de transfert. A l’échelle des Aires d’Alimentation de Captages (AAC), l’application d’outils de datation conduit à l’estimation d’un âge moyen de l’eau dans la nappe alors que les outils isotopiques permettent de déterminer l’origine des nitrates.

Les carottages réalisés dans les 3 parcelles ont permis d’établir des profils c’est-à-dire d’estimer les concentrations en azote présentes sur les matériaux collectés à différentes profondeurs. Les concentrations fluctuent sur ces profils en réponse aux pratiques agricoles variables selon les années mais aussi de la pluviométrie. L’évolution du stock d’azote cumulé sur la profondeur montre des ruptures de pente pour les parcelles M (parcelle du BAC de Morgny) et H (parcelle du BAC de Landifay)(cf. Figure ci-contre). La réduction du stock dans les premiers mètres résulte probablement de l’amélioration des pratiques agricoles lors des années récentes. Les fuites de nitrate vers la nappe sont moins importantes qu’historiquement. Elles sont toutefois supérieures à celles observées dans une parcelle sans fertilisation (terrain de football) qui a servi de référence. Malgré l’absence de fertilisation dans cette parcelle de référence, la minéralisation de la matière organique dans l’horizon de sol superficiel conduit à des fuites limitées en azote. Par comparaison avec cette parcelle de référence, l’impact de la conduite des cultures est clairement mis en évidence.

Le stock d’azote présent dans la zone non saturée se déplace progressivement jusqu’à atteindre la nappe . Il va donc avoir un effet sur la qualité des eaux souterraines, pour une durée qui est dépendante de sa vitesse de migration.

Après le transfert dans la zone non saturée, le nitrate atteint la nappe ( zone saturée ). Le temps de transfert au sein de la zone saturée correspond au temps nécessaire pour aller de l’endroit où le nitrate atteint la nappe et le point où l’eau est prélevée. S’il n’est pas possible de déterminer le temps de transfert des nitrates au sens strict, en revanche des outils dits de datation (utilisation des gaz fréons dans le cas présent), permettent d’estimer ce temps pour l’eau. Pour les AAC dans lesquelles se trouvent les parcelles L et M, le schéma conceptuel de transfert dans la nappe apparait différent. Cette différence pourrait être liée à une nature différente du matériau crayeux.

Sur l’AAC de Landifay-et-Bertaignemont, le modèle de transfert des eaux est un modèle exponentiel. Au niveau du captage, des gouttes d’eau d’âges différents se mélangent suivant la longueur de leurs trajectoires (figure D). Autrement dit, l’eau prélevée aujourd’hui est un mélange d’eaux anciennes et d’eaux plus récentes. Le temps de résidence dans la nappe résultant de ces mélanges est d’environ 20-25 ans. Ainsi même si à proximité du forage , le temps de transfert est de quelques années, du fait du mélange avec des eaux plus anciennes provenant de l’amont du bassin , l’eau prélevée sera le reflet de pratiques anciennes.

Sur l’AAC de Morgny-en-Thiérache, le modèle de transfert des eaux est un modèle de type piston. Schématiquement chaque année, l’eau qui s’infiltre « pousse » l’eau déjà présente dans la nappe , sans mélange. La date moyenne de recharge correspond aux années 2000-2005. Les changements de pratiques agricoles actuels pourront donc être perceptibles après environ une décennie.