Évaluation de l`efficacité de différentes stratégies de
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1. lt d Figure 4 Pi zom trie et S directions d coulement simul es par MODFLOW en r gime Q 3 permanent Le Q O Q fas D Q m Re m 2 A 2 eemeta N 5 P4 gi m amp LUN an KA s lt M co A Bliss Le coulements de la nappe 2 en tat pi zom trique moyen Lignes d coulement Limites des aires d alimentation des trois champs captants o 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Ta lt d Figure 5 Fluctuations a Pz 3 obs Boyer Pz 3 calc Boyer pi zom triques simul es et a Pz 5 obs Boyer z 5 calc Boyer P 2 E 1764 4 Pz 7 obs Aberg Sud Pz 7 calc Aberg Sud observ es pour une s lection m Pz 17 obs Aberg Nord ya E de quatre pi zom tres T1754 repr sentatifs du secteur 2 d tude ga No E 1734 a 172 E o 171 170 r r Le D OO On D nn D nn Q CC CO me SN SN SN NN NN M M am m 9 S O S RE T T E S a a S G T aa Etg ssea tugs SES ugs SES uUg5s SES b S s D CMN amp 3 0 0 amp 3 S amp 3 S amp 3 amp 3 N CR dit Lo LS M d Le lt d Figure 6 Concentrations en 100 0 P P Ta nitrates simul es et observ es 90 047 a p4 Aberg obs Jennan ea e sur deux puits repr sentatifs du S 80 04 L p4 Aberg cale reel amenena secteur d tude E 70 04 o te e ie A aaia iaaa a a a a a nn OT PER E ras ner N 60 04 V cale A2. P1 Abergemeht P3 Abergement P7 Abergement D 3600 3600 2700 2700 P4 Abergement 1800 a gt EI 800 900 900 en ao t 1985 P2 Abergement P6 Abergement en ao t 2000 2700 2700 W Al de lent D 1800 1800 990 900 en ao t 1990 o T 2 T 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 3 g al g g g a a 8 S 5 ka a 8 a El P2 Abergemen t P2 Abergement S G 8 E S P6 Abergeme ba P6 Abergement P1 Abergement Pa jte P4 Abergemeni PL Abergement PTiTournus en ao t 2004 o 6000 7000 0 2000 5000 en ao t 1995 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Concentrations en nitrates mg l plus de 80 70 80 60 70 50 60 40 50 30 40 20 30 10 20 Figure 7 volution temporelle des concentrations en nitrates simul es par MT3D pour cinq p riodes d tiage valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al Discussion g n rale Pour le contexte du Val de Sa ne L impact sur la qualit de l eau des r ductions des fertilisation
3. Le 2 w bn Le p rim tre de protection imm diate s tend g n ralement dans un rayon de quelques dizaines de m tres autour du point de captage Sur ce p rim tre les seules op rations autoris es sont li es lentretien des installations de pr l vement d eau de la cl ture obligatoire et au maintien de la couverture herbac e sans p turage avec fauche et vacuation de l herbe Le p rim tre de protection rapproch e couvre g n ralement une dizaine d hectares autour et en amont hydraulique de l ouvrage L objectif est de prot ger le captage de la migration souterraine des substances polluantes Les activit s installations ou d p ts peuvent tre r glement s ou interdits s ils risquent de nuire la qualit des eaux pandage labour fertilisation En parti culier les exploitations agricoles dont le si ge est situ dans un p rim tre de protection d clar d utilit publique sont ligibles pour les travaux au programme de ma trise des pollutions d origine agricole encadr 2 co financ par l tat et l Agence de l eau Le p rim tre de protection loign e est d instauration facultative devant permettre de renforcer la protection contre les pollutions permanentes ou diffuses Ce p rim tre correspond la zone d alimentation du point d eau et parfois m me l ensemble du bassin versant Source MIQUEL G REVOL H 2003 La qualit de l eau et de l assainisse
4. DIREN Bourgogne Syndicat mixte d tudes Sa ne Doubs Agence de l eau Rh ne M diterran e Corse 1998 tude hydrog ologique Boyer l Abergement de Cuisery 16 p annexes GUIGER N FRANZ T 2000 Visual MODFLOW version 2 8 2 8 User s manual Waterloo Hydrogeologic Inc MACDONALD M G HARBAUGH A W 1984 A modular three dimensional finite difference ground water flow model U S Geological Survey Open File Report 83 875 528 p MAREL A 2003 Synth se hydrog ologique de la nappe alluviale de la Sa ne secteur de Tournus m moire de DEA universit d Avignon et des Pays de Vaucluse 53 p annexes NOVAK S 2003 tude sur les champs captants de Boyer et de l Abergement de Cuisery Simu lation par le mod le AgriFlux des flux d eau et d azote nitrique sous racines rapport Chambre d agriculture de Sa ne et Loire 35 p annexes NOVAK S 2004 tude sur les champs captants de Boyer et de l Abergement de Cuisery Simu lation par le mod le AgriFlux des effets des pratiques culturales et du climat sur les flux d eau et d azote nitrique sous racines rapport Chambre d agriculture de Sa ne et Loire 16 p an nexes SOGREAH Conseil g n ral de Sa ne et Loire 1996 tude des nappes alluviales entre Ch lon sur Sa ne et la Truch re tude 101210 90 p annexes VILLARD A NOVAK S BANTON O KOCKMANN F CR MILLE E 2003 tude des flux d eau et d azote nitrique sous ra
5. bits des captages AEP corres pondent aux volumes pr lev s en 2000 CPGF 1989 et 1991 Param tres hydrodispersifs MT3D Dans le mod le pr sent les porosit s cin mati ques des diff rentes formations mod lis es avec MT3D encadr 3 n cessaires au calcul des vitesses ont t calibr es par calage du mod le Ces valeurs de porosit cin matiques respectent celles de la litt rature et leur r partition est bas e sur celle des emmagasinements tableau 1 Les concentrations en nitrates de la recharge mg l proviennent des flux journaliers de nitrates kg N ha et d eau mm j calcul s par AgriFlux La spatialisation de la recharge en nitrates d coule directement de la distribution spatiale des apports de fertilisants et des types de sols On distingue ainsi pour chaque sol les zones de prairies ou de for ts des zones cultiv es et ce dans ou hors des p rim tres de protection rapproch e Sous les zones non cultiv es est appliqu un flux de nitrates constant de 10 mg l correspondant au flux moyen naturel de nitrates r sultant de la min ralisation de la mati re organique En amont du champ captant de Boyer des flux azot s repr sentatifs des zones de culture ont t appliqu s aux flux entrants pour tenir compte des apports du bassin amont non mod lis Sur les autres limites lat rales du syst me des teneurs en nitrates de 10 mg l ont t appliqu es refl tant valuation de l efficacit
6. Les syndicats des eaux ont rachet l ensemble de ces terrains La combinaison de ces trois types de mesures volontaires incitatives et r glementaires a conduit une am lioration notable de la qualit de l eau dans les captages AEP 17 Encadr 3 Les outils de mod lisation utilis s Mod lisation du transfert dans les sols le mod le AgriFlux Le logiciel AgriFlux Banton et Larocque 1997 est un mod le m caniste stochastique c est dire bas sur une repr sentation physique des processus et incorporant la variabilit des param tres Il permet de simuler le transfert vertical d eau et de nitrates dans la zone non satur e voir description du mod le dans Villard et al 2003 N 2 l La o n Le 2 w bn Pour la pr sente mod lisation AgriFlux fournit les donn es d entr e en flux d eau et de nitrates aux mod les hydrog ologiques simulant l coulement et le transport dans la nappe La distribution spatiale et temporelle de ces donn es doit tenir compte de la r par tition spatiale des sols et des cultures ainsi que de l historique des pratiques culturales notamment de fertilisation sur le territoire mod lis Mod lisation des coulements souterrains le mod le MODFLOW MODFLOW McDonald et Harbaugh 1984 est un mod le 3D en diff rences finies permettant la mod lisation des coulements dans les aquif res libres captifs mo
7. Tournus d apr s la carte g ologique de Tournus au 1 50000 BRGM et les coupes de forage de la banque de donn es BSS BRGM 2183000 2182000 2181000 E 2180000 E d ne E 2179000 gt 2178000 2177000 2176000 r E iel A 796000 797000 798000 799000 800000 801000 802000 803000 804000 805000 X Lambert II m a 2254 W 2 Champ captant Bief du 2 de l Abergement Moulin Richy _ 200 se E S pag v T 5 1754 lt 150 796000 797000 798000 799000 800000 801000 802000 803000 804000 805000 Crj Colluvions argileuses d ge ind termin lt lt Failles Alluvions r centes de la Sa ne et ses affluents 11 1 alluvions grossi res 2 argiles d inondation Ly Sables de Villefranche A Pi zom tres l m Captages AEP Eu Formation de Saint Cosme EOE spertori s BSS 1 inf rieure sableuse 2 sup rieure argileuse CAES TEREROMGS ru Sables et argiles de Chagny Cours d eau e Marnes de Bresse Captages AEP en coupe Eo Calcaires et marno calcaires jurassiques Forages et pi zom tres en coupe Y Tableau 1 Valeurs des param tres hydrog ologiques utilis s dans les mod le MODFLOW et MT3D Alluvions r centes et Saint Cosme Saint Cosme terrasse de Villefranche rive gauche rive droite Conductivit hydraulique m s 10 2 10 3 10 Transmissivit m s 107 3 10 2 10 Coefficient d emmagasinem
8. l poque du retournement g n ralis des prairies du Val de Sa ne partir de cette date des entr es massives de nitrates dans la nappe ont lieu l aplomb des surfaces mises en culture principalement sous celles cultiv es sur sable L ann e 1990 illustre l effet de l augmenta tion progressive du nombre de parcelles mises en culture Les concentrations de nitrates d passent parfois 60 mg l en particulier en amont du champ captant de Boyer o ont lieu les pandages de lisier de bovins L ann e 1995 marque le pic de la pollution nitrat e des eaux souterraines dans 21 le Val de Sa ne Les concentrations et la distri de l Abergement et m me 80 mg l en amont du 2 bution des nitrates sont maximales d passant champ captant de Boyer l ann e 2000 illustre la la norme de 50 mg l au sud du champ captant diminution rapide des concentrations en nitrates n A 5 Fertilisations appliqu es sur parcelles cultiv es permanentes depuis leur retournement a g Extension Mise en uvre 2 ss Retournement progressif max des des r ductions R duction d intrants n z Prairies prog i a Re v Eey des prairies cultures d intrants g n ralis e 5 Paar uae p44 gt 4 gt 5 F LA 1004 j m D 5 0 I 0 160 160 160 120 120 Lo mRREERRERENEERRREERRE 981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 19941995 1996 1997 1998 1999 2000 200
9. mesure 45 Remise en prairie seule EN L R duction d intrants seule U UI J Pratiques historiques r elles N N LD ez ez f L f L Kg D Concentration en nitrates mg l 1 5 50 T T T T T T T T T T T 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Aucune mesure 45 Remise en prairie seule EN i R duction d intrants seule Uo U1 L Pratiques historiques r elles N N W U D UT f 1 f f Concentration en nitrates mg l bt I 5 T T T T T T T T T T T 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 25 La 2 l La o n Le 2 w bn 26 pompage r sulte presque enti rement des remises en prairie aux alentours du puits du fait que les parcelles environnant le puits sont toutes sur sol sableux La seule r duction des intrants y com pris autour du puits n aurait qu un effet limit sur les concentrations en nitrates l oppos la figure 8 b illustre le cas de parcelles sur argile dans le p rim tre rapproch et sur sable en amont de celui ci Dans ce cas la remise en prairies des environs du puits n a aucun effet alors que les mesures de r duction d intrants l amont de cette zone entra nent une baisse notable des concentrations G n ralisation au contexte des plaines allu
10. sont semblables celles des sols sableux mais avec des flux d eau moins lev s induisant un lessivage de nitrates mod r figure 3 Les diff rents cas de pratiques agricoles incluant les remises en prairie en 1995 les pandages de lisiers etc ont tous t trait s selon le m me principe et les flux r sultants calcul s pour les zones correspondantes coulement des eaux souterraines MODFLOW En r gime permanent r gime moyen la simu lation des coulements montre une circulation des eaux selon une orientation globale est ouest depuis les coteaux jusqu la Sa ne dont le r le drainant est particuli rement net figure 4 On constate galement que la totalit des apports d eau provenant de la limite sud est du domaine est intercept e par le champ captant de l Aber gement et dans une bien moindre mesure par les puits de Tournus Le champ captant de Boyer intercepte quant lui une part limit e des cou lements provenant du secteur nord ouest c ne alluvial de la Natouze et du Bief Mort En r gime transitoire la comparaison des niveaux de nappe simul s et observ s sur une base mensuelle entre 1998 et 2003 peut tre effectu e figure 5 Nonobstant les l g res sur ou sous estimations locales et temporelles les niveaux pi zom triques sont globalement bien repr sent s par le mod le tant au niveau de la distribution spatiale de la pi zom trie que de son volution temporelle En
11. 1 2002 2003 Sols dominante limoneuse 350 amp 250 Recharge 3 fan N t300 5 5 2004 O3 De 2 E1504 t200 EE b7 150827 5 1004 55 100 2 504 s0 0 0 Is dominant leu 300 Sols d e sableuse 200 1350 amp 2507 Recharge g T 300 3 5 Z 2004 NO3 ne 8 E1504 t200 2 gt o t1502 27 1004 5 z L100 2 S 50 r 50 z 0 LO Sols dominante argileuse 300 400 350 2 2507 E Recharge 2 3 N03 To gS 200 L50 E E1504 202E 7 4150857 1004 5 3 G 100 2 30 Il Li tord SES 04 0 Sols composites 300 400 1350 2 2507 mm Recharge 2 cu 73002 5 2004 NO3 550 8 v 55 8 E1504 p205 g L1502T amp 100 5z 5 1002 amp 50 L50 0 Lo TW M TI TA OT TA TA TT TA OT TA TA TT OT OT OT A T TI T1 T1 T1 T1 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Figure 3 Fertilisations appliqu es et flux trimestriels d eau et de nitrates simul es par AgriFlux pour les diff rents types de sols sous culture de ma s retournements partir de 1983 r duction d intrants partir de 1992 22 valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al
12. Ing nieries N 45 p 15 28 Mars 2006 valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates cas des formations alluviales du Val de Sa ne du secteur de Tournus Sa ne et Loire Jean Christophe Comte Olivier Banton Antoine Villard Fran ois Kockmann et Gilles Creuzot Face la pollution croissante des eaux souterraines par les nitrates d origine agricole diff rentes mesures agri environnementales ont t mises en place afin de prot ger la ressource dans les captages d alimenta tion en eau potable Il faut maintenant valuer les impacts de ces strat gies S appuyant sur des donn es acquises lors de diff rents suivis agronomiques et hydrog ologiques r alis s dans la r gion de Tournus les auteurs nous pr sentent ici trois types de mod lisation du transfert des nitrates dans les nappes dont les r sultats permettent d optimiser et de prioriser les actions correctives et leur localisation n r gion agricole l augmentation g n ra lis e et progressive des teneurs en nitrates dans les eaux souterraines a conduit la mise en place de diff rentes mesures agri environnementales de lutte contre cette pollution Dans le d partement de Sa ne et Loire la nappe alluviale de la Sa ne fournit 45 de l eau pota ble distribu e aux populations Suite la mise en culture des zones alluviales
13. RIAD Solutions Technologiques Valat de Gourgon route de Saint G ni s 30730 Saint Bauz ly b Universit d Avignon Laboratoire d hydrog ologie 33 rue Louis Pasteur 84000 Avignon c Chambre d agricul ture de Sa ne et Loire 59 rue du 19 mars 1962 BP 522 71010 M con Cedex d Direction r gionale de l environnement Bourgogne 10 bd Carnot 21000 Dijon 15 m Encadr 1 Les p rim tres de protection des captages d alimentation en eau potable Selon l article L 1321 2 du code de la sant publique les types de p rim tres de protection sont au nombre de trois p rim tres de protection imm diate rapproch e et loign e Auxtermes de la loi du 3 janvier 1992 sur l eau l institution de p rim tres de protection imm diate et rapproch e est obligatoire pour tous les points de captages d clar s d utilit publique La seule exception vise les captages naturellement prot g s qui doivent cependant tre reconnus d utilit publique La premi re loi sur l eau du 6 d cembre 1964 avait rendu l tablissement des p rim tres de protection obligatoire pour tout nouveau captage cr apr s la date de publication de la loi la seconde loi sur l eau du 3 janvier 1992 s appliquait cette fois tous les captages L article 13 1 de la loi donnait un d lai de cinq ans soit jusqu au 5 janvier 1997 pour la mise en place des p rim tres al 2 l La o n
14. aire et la fertilisation des par celles cultiv es est principalement constitu e de nitrate d ammonium des affluents de la Sa ne 3 sols sableux cons tituants les reliefs de la terrasse de Villefranche 4 sols h t rog nes argilo sableux form s aux Param trage des mod les d pens du Saint Cosme sup rieur Quatre types d histoire culturale sont identifiables Param tres de transfert des nitrates figure 2 1 parcelles de prairies permanenteset dans les sols AgriFlux for ts 2 parcelles cultiv es depuis leur retour Les propri t s intrins ques des sols locaux ainsi nement autour de 1980 3 parcelles cultiv es que les chroniques pluviom triques d vapo m Encadr 2 Les trois types de mesures volontaires incitatives et r glementaires pour lutter contre la pollution des nappes par les nitrates d origine agricole Op ration Ferti Mieux En 1990 la profession agricole en accord avec les minist res de l Agriculture et de l Environne ment a initi une d marche de conseil bas e sur le volontariat visant mobiliser collectivement les agriculteurs sur des bassins d alimentation strat giques pour la pr servation de la ressource en eau Cette op ration fait l objet d un cahier des charges exigeant et d une proc dure de label lisation En 1992 la Chambre d agriculture de Sa ne et Loire en collaboration avec l Institut national de la recherche agronomique met en plac
15. ar E E T A a AAAS E 5 EC 7120n peene h AaahrAh amp 40 04 0 HA AN A A HERA a D 30 01 en Ne ni lei FA 20 0 2 es PT PS ut NU a jonn Se LU ets ie ie en en EA ES 0 0 r r r r r r r r r r T r r r r T T T T T T T T Q N m le Fe DS Le a N sa re O DN Le a N m ce amp D So D SLA 9 So gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt gt A c e c S c E c c c e c fei c E E c c e c E E 1m 0 a 0 ES QU JO o Lun a o UT a a O SG LT LA 0 R a a a 23 al 2 Li l A o enieries n Ing 24 suite aux diff rentes actions et mesures agri envi ronnementales mises en place partir de 1992 remise en prairie de certaines zones cultiv es diminution de la fertilisation sur les cultures Cette baisse des teneurs est particuli rement spectaculaire en amont de Boyer avec l arr t des pandages de lisiers figures 6 et 7 L ann e 2004 repr sente la situation actuelle o la restauration de la qualit de la nappe est presque atteinte avec des concentrations toutes inf rieures 40 mg l et proches de 25 mg l pour des objectifs fix s de teneurs inf rieures 25 mg l Simulation des concentrations en nitrates de nappe a g g 6300 7000 5400 5400 4500 4500 P2 Abergement P6 Abergement
16. cines sur deux champs captants du Val de Sa ne exp rimentations avec bougies poreuses et mod lisation avec AgriFlux Ing nieries EAT n 35 p 3 17 ZHENG C 1990 MT3D A modular three dimensional transport model for simulation of advection dispersion and chemical reaction of contaminants in groundwater system Reference Manual S S Papadopulos amp Associates Inc 28
17. dans les ann es 80 les concentrations en nitrates des puits de captage ont sensiblement augment jusqu d passer parfois la norme de potabilit de 50 mg l Face ce constat diff rentes dispositions pr fectorales ont t prises partir de 1992 dont la mise en place des p rim tres de protection des captages d alimentation en eau potable AEP encadr 1 et diff rentes mesures agri environnementales MAE encadr 2 qui ont permis une am lioration nota ble et rapide de la qualit des eaux capt es Dans ce contexte de protection de la ressource la Chambre d agriculture de Sa ne et Loire a lanc en 1998 un vaste programme d tudes visant valuer l impact des strat gies de r duction de la contamination par les nitrates Diff rents suivis agronomiques et hydrog ologiques ont t ainsi mis en place dans les zones d alimentation des champs captants de Boyer et de l Abergement de Cuisery dans la r gion de Tournus 1 mesure des flux de nitrates sous racines sur 15 parcelles quip es de bougies poreuses 2 mesure des concentrations en nitrates dans les captages AEP et des niveaux de la nappe alluviale sur 17 pi zom tres B n ficiant des donn es acquises ce jour et afin d valuer l efficacit de ces diff rentes mesures agri environnementales pour la restauration de la qualit des eaux souterraines trois types de mod lisation coupl s ont pu tre mis en uvre 1 une mod li
18. de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al les concentrations observ es dans les pi zom tres implant s en bordure du domaine Finalement une teneur constante en nitrates de l ordre de 10 mg l a galement t affect e pour la Sa ne conform ment aux observations R sultats de simulation Recharge de la nappe alluviale en eau et en nitrates AgriFlux Les flux journaliers de nitrates et d eau entrant dans la nappe ont t simul s l aide du mod le AgriFlux appliqu aux diff rentes combinaisons sols cultures pratiques de fertilisation puis cumul s mensuellement Ces flux montrent en particulier que 1 les concentrations maximales en nitrates sont observ es sous les sols domi nante limoneuse alors que les flux d eau sont relativement faibles impliquant au final un lessi vage mod r de nitrates 2 les concentrations en nitrates et les flux d eau sont lev s et montrent d importantes variations saisonni res sous les sols dominante sableuse o les apports de nitrates la nappe sont importants 3 les concentrations en nitrates et les flux d eau sont faibles sous les sols dominante argileuse et montrent peu de variations saisonni res impliquant un faible drai nage de nitrates 4 les concentrations en nitrates et leurs variations saisonni res sous les sols com posites
19. e une op ration de recherche action conseil Cultivons l eau potable en Val de Sa ne labellis e Ferti Mieux trois reprises 1992 1996 et 2000 Les agriculteurs sont invit s mettre progressivement en pratique la gestion raisonn e des syst mes de cultures en int grant notamment les arri res effets prairiaux dans l ajustement de la fertilisation min rale azot e Suite aux conseils d livr s aux agriculteurs dans le cadre de l op ration Ferti Mieux les apports d engrais ont nettement baiss Mesures agri environnementales MAE Ce programme de soutien financier est accord par l Union europ enne aux agriculteurs s en gageant par contrat pour cinq ans sur une surface donn e respecter un cahier des charges de pratiques respectueuses de l environnement Deux types de MAE ont t contractualis s entre 1995 et 2001 les MAE r duction d intrants visent r duire de 20 les fertilisations azot es par rapport aux recommandations L aide financi re doit couvrir les pertes de rendements les MAE conversions en herbage extensif aident les agriculteurs remettre en prairie des par celles labour es engagement sur cinq ans uniquement Mise en place des p rim tres de protection des captages d alimentation en eau potable Cette mesure obligatoire s est traduite en 1995 Boyer et l Abergement de Cuisery par la remise en prairie des parcelles dans les p rim tres rapproch s
20. ent 5 8 1 1 Porosit cin matique 5 10 10 10 19 N 2 l Lra T o n Le 2 w bn 20 Y Figure 2 Carte d occupation des sols dans les zones ligibles pour les MAE d apr s les donn es de la Chambre d agriculture de Sa ne et Loire 2 S p j Synth se des donn es sur l occupation du sol entre z 1994 et 2003 extrapol es la p riode 1980 2003 5J 3 EF 2 5 LA 2 5 LA a oJ Ko m 2 Captage AEP X Bougie poreuse Limites des p rim tres de protection rapproch s 2 Cultures remises en 2 prairies en 1995 Cultures permanentes q Prairies retourn es a r cemmment S4 Prairies ou for ts donn es manquantes Ou incompl tes et zones non agricoles e T e T T T T T 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 La recharge de la nappe est constitu e par les flux calcul s l aide d AgriFlux et par les flux impos s aux limites lat rales du domaine chacune des unit s p do culturales est ainsi affect e une chronique mensuelle de recharge en eau Des alimentations lat rales variant entre 8 et 22 s km selon le secteur sont galement appliqu es sur les limites de l aquif re Par ailleurs la fluctuation des niveaux de la Sa ne est prise en compte l aide des mesures en aval du barrage d Ormes p riode de 1980 2002 Finalement les d
21. ficacit des diff rentes mesures agri environnementales et la prio risation des interventions agronomiques visant restaurer la qualit des eaux souterraines Remerciements Cette tude a t conduite dans le cadre d un partenariat scientifique et technique impliquant l Agence de l eau Rh ne M diterran e Corse la Direction r gionale de l Environnement Bourgogne le Con seil g n ral de Sa ne et Loire le Syndicat mixte d tudes Sa ne Doubs et la Direction des affaires sanitaires et sociales de Sa ne et Loire et b n ficiant des soutiens financiers de l Agence de l eau du Syndicat mixte du Programme europ en LIFE Environnement du Conseil g n ral et du minist re de l Agriculture Les agriculteurs du secteur d tude sont remerci s pour leur contribution l acquisition des donn es et pour leur implication dans la mise en place des mesures agri environnementales valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al R sum Afin d valuer l efficacit des diff rentes strat gies agri environnementales de lutte contre la pollution azot e des eaux souterraines une mod lisation du transfert des nitrates dans les sols et les nappes a t mise en uvre dans le secteur des champs captants alimentant la r gion de Tournus et Lou hans Dans un premier temps l u
22. fied in both near and far well protection perimeters Modelling thus allows optimising and priorizing agro environmental actions in alluvial agricultural zones 27 Bibliographie BANTON O LAROCQUE M SURATEAU F VILLENEUVE J P 1993 AgriFlux Logiciel d valuation des pertes environnementales de contaminants agricoles Manuel d usager rapport scientifique INRS Eau n R 380 Sainte Foy Qu bec BANTON O LAROCQUE M 1997 AgriFlux 2 0 Logiciel d valuation des pertes environne mentales de nitrates et pesticides Manuel d utilisation rapport INRS Eau Qu bec Canada NOVAK S VILLARD A KOCKMANN F BANTON O 2006 laboration d un outil d aide la d cision pour limiter les pertes en nitrate L exemple des principaux sols et syst mes de cultures du Val de Sa ne Ing nieries EAT n 45 p 00 00 COMITE J C VILLARD A KOCKMANN F BANTON O 2005 tude sur les champs captants de Boyer et de l Abergement Mod lisation du transfert des nitrates dans la nappe rapport final Chambre d agriculture de Sa ne et Loire 74 p NN 2 l A T o n Ea Le 2 w bn CPGF Syndicat Intercommunal des Eaux du Tournugeois 1989 tude de vuln rabilit du champ captant de Boyer Sa ne et Loire tude 3448 68 p CPGF Conseil g n ral de Sa ne et Loire 1991 tude de la vuln rabilit du champ captant du Louhannais Sa ne et Loire tude 3897 38 p annexes
23. ial agricole la mod lisation permet donc d optimiser et de prioriser les actions et leur localisation Abstract To assess the efficiency of different agro environmental strategies used to reduce groundwater pollu tion by nitrates transport modelling in soils and groundwater has been carried out on two withdrawal areas in an alluvial plain In a first time the agro environmental model AgriFlux allowed the simulation of water and nitrates fluxes flowing to groundwater This model was calibrated for each agro pedo logical unit of the studied territory In a second time the application of the hydrogeological model MODFLOW MT3D allowed the simulation ofnitrate transport in groundwater forthe 1980 2004 period This soil groundwater coupled modelling has shown that soil nature is the first factor that conditions the vulnerability to nitrates Thus nitrate leaching occurs preferentially under sandy soils Efficiency of different agro environmental operations for groundwater quality recovery was quantified The best results are obtained by combination of 1 grassland re installation on sandy agricultural lots located in near well protection perimeter and 2 fertilization reduction on sandy agricultural lots located inthe well alimentation area upstream the near protection perimeter On other soils the effect of grassland on groundwater quality improvement is more limited Nevertheless the control of nitrate fertilisation remains essential and is justi
24. ment en France rapport n 215 de l Office parlementaire d valuation des choix scientifiques et technologiques Paris S nat Assembl e Nationale 16 1 Compagnie de prospection g ophysique fran aise 2 Soci t grenobloise d tudes et d applications hydrauliques et les sables de Villefranche Le niveau sablo gra veleux de base du Saint Cosme constitue gale ment une formation aquif re pouvant alimenter lat ralement la nappe alluviale figure 1 Tous les captages AEP de Boyer et de l Abergement sont implant s dans ces terrasses Les tudes ant rieures ont montr que leurs mat riaux cons titutifs pr sentaient des transmissivit s de 10 10 m s des coefficients d emmagasinement de 0 06 12 et des vitesses d coulement de la nappe de 0 5 8 m j CPGF 1989 et 1991 SOGREAH 1996 Selon le secteur le plancher et les pontes du r servoir principal sont constitu s par les calcai res jurassiques fissur s karstifi s par les marnes de Bresse ou par la formation argilo sableuse de Chagny Ces terrains peuvent toutefois contribuer par des m canismes vari s l alimentation lat rale voire profonde de l aquif re CPGF 1989 et 1991 et SOGREAH 1996 ont propos pour ces flux lat raux des d bits de 36 80 m h par kilom tre sans distinction entre alimentation par les versants et alimentation souterraine Les fluctuations de la nappe montrent une grande
25. no ou multi couches ainsi que des relations nappe rivi re consid rant les possibles ph nom nes de colma tage du lit mineur de la rivi re Dans la pr sente tude la mod lisation des coulements de nappe a t r alis e l aide de MODFLOW avec l interface logiciel Visual MODFLOW v 2 8 2 8 Waterloo Hydrogeologic Inc 2000 Mod lisation du transfert des nitrates dans la nappe le mod le MT3D Le mod le MT3D v 1 1 Zheng S S Papadopulos amp Associates Inc 1990 est un mod le 3D en diff rences finies qui permet la simulation du transport advectif dispersif et ou r actif en milieu poreux en utilisant le champ de vitesse calcul partir des r sultats du mod le 18 d coulement MT3D est galement int gr l interface graphique Visual MODFLOW transpiration et de temp rature journali res locales pour la p riode de 1980 2003 Novak 2003 et 2004 ont t appliqu es au mod le AgriFlux encadr 3 Pour cette m me p riode l application de fer tilisants traduit les deux principales pratiques de fertilisation du secteur d tude Comte et al 2005 1 les zones cultiv es et fertilis es depuis leur retournement jusqu aujourd hui 2 celles remises en prairie dans les p rim tres de protec tion des captages et dont la fertilisation est par cons quent annul e la date d arr t des cultures De fa on globale les parcelles cultiv es ont re u une fertilisation ann
26. s azot es conseils Ferti Mieux et MAE r duction d intrants ou des remises en prairies p rim tres de protection des captages et MAE peut tre test l aide du mod le La figure 8 illustre l effet s par ou conjugu de la remise en prairie des parcelles entourant le puits de pompage et de la r duction des intrants dans la zone d alimentation p rim tre loign pour diff rents cas d environnement p dologique Ce r sultat montre le rapide impact des mesures mises en place et suivies par l ensemble des agriculteurs De mani re g n rale les teneurs en nitrates simul es diminuent partir des ann es 1994 1995 que des mesures aient t prises ou non Ces teneurs extr mes sont dues l implantation maximale de cultures extensives cette p riode et en corollaire une min ralisa tion maximale de l azote organique li e au retour nement des anciennes pairies permanentes Tel que le montre la figure 8 a l am lioration de la qualit des eaux capt es par le puits de Y Figure 8 Simulation des impacts des MAE remises en prairies et r ductions d intrants a contexte du puits P6 de l Abergement caract ristique d un environnement sableux dans et en amont du p rim tre de protection rapproch e b contexte du puits P3 de l Abergement caract ristique d un environnement argileux dans le p rim tre de protection rapproch e et sableux en amont de celui ci 50 Aucune
27. sation des flux de nitrates dans les sols des parcelles quip es de bougies poreuses mod le AgriFlux 2 une mod lisation du transfert des nitrates dans la nappe mod les MODFLOW et MT3D la description techni que des mod les est pr sent e dans l encadr 3 Faisant suite au premier article ayant pr sent la mod lisation par AgriFlux des flux de nitrates sur les 15 sites de bougies poreuses Villard et al 2003 ce pr sent article expose les r sultats de la mod lisation coupl e du transfert des nitrates dans le syst me sols nappes Le site d tude Quatre formations g ologiques d origine s dimen taire s individualisent dans le complexe alluvial de Tournus 1 les sables et argiles de Chagny d ge plio quaternaire 2 la formation de Saint Cosme argilo marneuse base sablo graveleuse d ge quaternaire ancien 3 la terrasse sableuse de Vil lefranche d ge W rm ancien et 4 les alluvions fluviatiles argileuses d poque W rm terminal actuel figure 1 Ce complexe alluvial repose tant t sur un substratum calcaire d ge jurassique en bordure du Massif Central cha non de Tournus tant t sur les marnes de Bresse d ge Plioc ne en zone int rieure du foss bressan Dans le secteur d tude et plus g n ralement dans le Val de Sa ne les formations aquif res privil gi es sont les alluvions r centes de la Sa ne alluvions grossi res de remplissage du lit mineur a HYD
28. similitude avec celles de la Sa ne traduisant une forte r activit pi zom trique aux variations du niveau de la rivi re Marel 2003 Malgr le fait que les d bordements de la Sa ne soient fr quents dans son lit majeur la rivi re joue principalement un r le de drain pour la nappe CPGF 1989 et 1991 Marel 2003 a quant elle montr que le d bordement de nappe dans certains secteurs contribue galement l inondation de la plaine lors des crues d bordantes de la Sa ne Durant ces p riodes l alimentation de la nappe par les eaux de crue serait donc nulle ou n gligeable valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al Les secteurs suivis par la Chambre d agriculture co ncident avec les zones ligibles pour les MAE mises en place entre 1995 et 2001 et sens es cor respondre aux zones d alimentation des champs captants figure 2 Les sols se classent en quatre familles 1 sols argileux tapissant le lit majeur de la Sa ne et les zones d prim es de la plaine alluviale 2 sols limoneux des c nes alluviaux jusqu leur remise en prairie autour de 1995 mise en place des p rim tres de protection des captages ou contractualisation des MAE 4 prairies retourn es r cemment depuis 1995 Dans la zone d tude le ma s demeure la culture largement majorit
29. termes de bilans hydrog ologiques la nappe alluviale pr sente un d bit moyen de renouvel lement de l ordre de 24 000 m j aliment hauteur de 46 par les apports lat raux 43 par la recharge verticale et 11 par la Sa ne Concernant les sorties environ 40 de la res source renouvelable est pr lev par les captages AEP la Sa ne drainant les autres 60 Pour le champ captant de Boyer les pr l vements des captages proviennent pour 60 des apports amont du bassin pour 29 des apports de la Sa ne et pour 11 de la recharge en surface alors qu au niveau du champ captant de l Aber gement apports lat raux amont et infiltrations verticales contribuent de fa on presque gale Transfert des nitrates dans la nappe alluviale MT3D De mani re g n rale les concentrations simul es sont en bonne ad quation avec celles mesur es quels que soient le lieu ou la date d observation galement les volutions temporelles mesu r es ou simul es des concentrations sont tr s semblables pour l ensemble des puits figure 6 Ceci confirme les hypoth ses de mod lisation et valide la fois les r sultats d AgriFlux valid s par ailleurs avec les observations sur bougies poreuses et les r sultats de la mod lisation hydrog ologique La figure 7 illustre les concentrations en nitrates simul es dans la nappe alluviale pour les tiages d ao t 1985 1990 1995 2000 et 2004 L an n e 1985 correspond
30. tilisation du mod le agro environnemental AgriFlux calibr dans le contexte du secteur d tude a permis de simuler pour chaque unit agro p dologique du territoire les flux d eau et de nitrates percolant jusqu la nappe Dans un deuxi me temps l application du mod le hydrog ologique MODFLOW MT3D a permis de simuler le transfert de nitrates au sein de la nappe sur la p riode 1980 2004 Cette mod lisation coupl e sol nappe a montr que la nature du sol est le principal facteur conditionnant le risque de contamination dans le contexte tudi Le les sivage des nitrates s effectue de fa on importante dans les sols sableux tr s peu sous sols argileux L efficacit des diff rentes mesures agri environnementales mises en place pour la restauration de la qualit de la ressource en eau potable a t quantifi e Les meilleures am liorations s obtiennent par une combinaison 1 de la remise en prairie des parcelles sur sable situ es dans les p rim tres de protection rapproch e et 2 d une r duction de la fertilisation des parcelles en cultures sur sable situ es dans l aire d alimentation des puits en amont de ces p rim tres La remise en prairie sur les autres types de sol a un effet plus limit sur l am lioration de la qualit Par contre la ma trise de la fertilisation azot e sur les cultures reste indispensable et conditionne leur maintien dans les p rim tres rapproch s et loign s En contexte alluv
31. uelle de 160 kg N ha entre la date de retournement et 1992 partir de 1992 suite la mise en uvre de l op ration Ferti Mieux et la contractualisation des MAE de r duction d intrants azot s les apports annuels d engrais ont progressivement baiss pour se stabiliser autour de 120 kg N ha partir de 1995 figure 3 graphique du haut Par ailleurs certai nes parcelles du secteur de Boyer ont re u des apports importants de lisiers Param tres hydrodynamiques MODFLOW Le domaine mod lis avec MODFLOW enca dr 3 a t discr tis suivant un maillage carr de 100 m x 100 m limit lat ralement et ver ticalement conform ment aux caract ristiques des formations g ologiques pr sentes dans le Val de Sa ne Le pas de temps des simulations est mensuel Les limites des zones de conductivit s hydrau liques et d emmagasinement mod lis es se calquent sur la structure g ologique alluviale 1 mat riel alluvial r cent et sables de Ville franche 2 formation de Saint Cosme Les transmissivit s sont caract ristiques d aquif res alluviaux et les emmagasinements traduisent une nappe libre semi captive dans le Saint Cosme tableau 1 valuation de l efficacit de diff rentes strat gies de restauration de la qualit des eaux souterraines par mod lisation du transfert des nitrates Jean Christophe Comte et al Y Figure 1 Carte et coupe g ologiques de la plaine alluviale de
32. viales agricoles L application de la mod lisation coupl e Agri Flux MODFLOW MT3D sur l aquif re alluvial de Tournus a montr qu il tait possible de simuler et d valuer l impact de diff rentes strat gies pour la reconqu te de la qualit des eaux souterraines en contexte de plaine alluviale agricole Les r sultats de mod lisation ont montr que les parcelles sur sable ont en effet un r le primordial pour la qualit des eaux souterraines Plusieurs cas de figure sont sch matiquement possibles en l absence de terrains sableux la simple g n ralisation des pratiques de fertilisation Ferti Mieux sur toutes les parcelles en cultures loca lis es dans les p rim tres rapproch s et loign s constitue la strat gie la plus pertinente en pr sence de sols sableux localis s unique ment en p rim tres rapproch s leur remise en prairie permanente conjugu e au respect des pratiques Ferti Mieux sur toutes les parcelles situ es dans les p rim tres rapproch s et loign s s av re la strat gie recommander en pr sence de sols sableux dans les p rim tres rapproch s et loign s sont conseiller la remise en prairie et la contractualisation de MAE visant la r duction d intrants sur les sols sableux et la g n ralisation des pratiques Ferti Mieux sur toutes les autres parcelles D une mani re g n rale les mod les sont des outils pertinents pour valuer l ef
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