Mots clés : réseau de surveillance, directive cadre sur l eau, qualité, bassin Loire-Bretagne, masse d eau souterraine.

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1 Elaboration d un réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire- Bretagne conforme aux prescriptions de la directive cadre sur l eau Rapport final BRGM/RP FR Juillet 2006

2 Elaboration d un réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne conforme aux prescriptions de la directive cadre sur l eau Rapport final BRGM/RP FR Juillet 2006 A. Blum, A. Gravier, V. Mardhel, J.-F. Malon Vérificateur : Nom : L. Gourcy Date : 02/08/2006 Original signé Approbateur : Nom : D. Pennequin Date : 03/08/2006 Original signé Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000.

3 Mots clés : réseau de surveillance, directive cadre sur l eau, qualité, bassin Loire-Bretagne, d eau souterraine. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Blum A., Gravier A., Mardhel V., Malon J.-F. (2006) Elaboration d un réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne conforme aux prescriptions de la directive cadre sur l eau. Rapport final. Rapport BRGM RP FR, 73p., 5 annexes, 1 CD- ROM. BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM.

4 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Synthèse Conformément aux exigences de la directive cadre sur l eau 2000/60/CE (article 8), les Etats Membres doivent mettre en place des réseaux de surveillance de l état des s d eau avant le 22 décembre En tant que maîtres d œuvre des réseaux de surveillance de la qualité des eaux souterraines (circulaires MEDD du 26 mars 2002 et du 14 décembre 2004), les agences de l eau sont responsables de leur mise en place. Elles doivent donc aujourd hui faire évoluer leurs réseaux afin que ceux-ci tiennent compte des nouveautés (découpage en «s d eau» et non plus en «aquifères») et des prescriptions de la directive cadre sur l eau reportées dans les guides nationaux et européens. C est dans ce contexte que l agence de l eau Loire-Bretagne a, après consultation, choisi le BRGM pour la réalisation d une étude visant à faire évoluer son réseau actuel (RNES). Le nouveau dispositif ainsi construit doit également permettre à l agence de l eau d améliorer sa connaissance de l état général des eaux souterraines du bassin. Le présent document constitue le rapport final de l étude qui s est déroulée en 4 phases. Une première phase de l étude avait permis de définir les orientations méthodologiques qui, dans chacun des types de domaine hydrogéologique (e, e karstique, volcanique, socle, imperméable localement aquifère, alluvial), aident au choix des points du réseau (rapport BRGM/RP FR). Au cours de la phase suivante (rapport BRGM/RP FR), la sélection des sites de surveillance a été réalisée selon plusieurs étapes : - Construction d un réseau «théorique» : cette étape vise à identifier le lieu où il conviendrait de placer idéalement les points de surveillance pour disposer d une représentativité maximale, et de définir un programme d échantillonnage optimal. Cette étape s est opérée en deux temps : o sectorisation des s d eau souterraine en sous-unités «homogènes». Cette analyse multicritères a été réalisée à partir de données relatives aux pressions (élevage et cultures d après le Recensement Agricole 2000) et aux écoulements (bassins versants de surface). o développement d un outil de simulation permettant d étudier plusieurs scénarios de réseaux et de trouver le meilleur rapport «coût représentativité». - Construction du réseau «optimal» : une comparaison des résultats de l étape précédente et des points existants permet d aboutir au réseau optimal. BRGM/RP FR Rapport final 3

5 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne - Consultation des experts régionaux : des réunions programmées dans les régions du bassin Loire-Bretagne ont permis de présenter aux acteurs locaux la méthodologie adoptée pour faire évoluer le réseau et de recueillir pour chaque d eau les sites les plus représentatifs. A l issue de cette phase, des conventions ont été envoyées aux propriétaires des captages afin de leur soumettre à la signature une autorisation d accès aux ouvrages (phase 3). Enfin, lors de la quatrième phase, la base de données Molosse de l agence de l eau a été mise à jour avec ce nouveau réseau. Le réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine du bassin Loire- Bretagne se compose ainsi de 361 points. La densité du réseau, qui comportait jusque là 165 points, a donc été largement doublée. Pour des raisons assez variées (manque de représentativité par rapport au nouveau découpage «s d eau», abandon, redondance d information), 44 sites du RNES ont été supprimés. Conformément aux prescriptions du cahier des charges national sur l évolution des réseaux de surveillance des eaux souterraines et aux recommandations inscrites dans le rapport de phase 1, le réseau s appuie sur les réseaux existants (directive «Nitrates», Conseils Généraux, Conseils Régionaux, groupes phytos). Avec un total d au moins 78 sources (21.5% des sites), il privilégie également ces points au caractère intégrateur. 4 BRGM/RP Rapport final

6 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Sommaire 1. Présentation du bassin Loire-Bretagne LE DECOUPAGE DES MASSES D EAU LE RESEAU DE BASSIN DE SURVEILLANCE DE LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES Méthodologie de choix des points METHODOLOGIE PAR TYPE DE MASSE D EAU Le modèle conceptuel Fiches méthodologiques par domaine Cas particulier du socle PROCESSUS DE VALIDATION PAR LES EXPERTS Construction d un réseau théorique SECTORISATION DES MASSES D EAU SOUTERRAINE EN UNITES HOMOGENES La sectorisation Synthèse des caractéristiques de la sectorisation DEVELOPPEMENT DE L OUTIL DE SIMULATION Principes généraux Principales fonctionnalités de l outil Construction du réseau optimal COMPARAISON AVEC LES RESEAUX EXISTANTS ET CONSTITUTION DU SIG DEFINITION DU RESEAU OPTIMAL : SELECTION DES SITES Méthodologie Synthèse des caractéristiques du réseau de surveillance des eaux souterraines Contrôle de surveillance et contrôle opérationnel Cas particulier du socle CONSULTATION DES EXPERTS REGIONAUX Comptes-rendus des consultations régionales...59 BRGM/RP FR Rapport final 5

7 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Cas particulier du socle INDICES DE REPRESENTATIVITE OUTIL DE SIMULATION DES COUTS DU RESEAU (OCRES) Gestion des conventions et mise à jour de l outil Molosse GESTION DES CONVENTIONS MISE A JOUR DE L OUTIL MOLOSSE Conclusion Bibliographie Liste des illustrations Illustration 1 : typologie des s d eau souterraine. D après BRGM, Illustration 2 : découpage des s d eau souterraine du bassin Loire-Bretagne. Source : AELB BRGM Illustration 3 : s d eau souterraine du bassin Loire-Bretagne. Risque de non atteinte du bon état en Illustration 4 : points du réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines du bassin Loire-Bretagne en 2005 (165 sites formant le RNES). Source : AELB ADES. Fond cartographique : lithologie simplifiée des aquifères d après BDRHFv Illustration 5 : schéma conceptuel d un aquifère de socle. Exemple du bassin versant de Naizin (Morbihan). D après BRGM Illustration 6 : carte des types de s souterraine de niveau 1 sur le bassin Loire-Bretagne Illustration 7 : cartes d'occupation du sol (cultures et élevage) initiales et après complément Illustration 8 : précision du tracé côtier et secteurs sans attribut d occupation du sol en rouge. Résultat après correction (Exemple de la d eau souterraine 4001) Illustration 9 : méthode de correction automatique pur les secteurs de surface inférieure à 50 ha Illustration 10 : carte de la sectorisation des s d eau souterraine de niveau 1 du bassin Loire Bretagne. Secteurs détaillés BRGM/RP Rapport final

8 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Illustration 11 : carte de la sectorisation des s d eau souterraine de niveau 1 du bassin Loire Bretagne. Secteurs agrégés...33 Illustration 12 : répartition du nombre de s d eau et du pourcentage en surface qu elles représentent par classe du nombre de secteurs qui la composent...35 Illustration 13 : histogramme et fréquence cumulée des surfaces des secteurs...35 Illustration 14 : carte de la représentativité en terme de surface de chaque secteur au sein d'une souterraine (en pourcentage) et zoom sur la souterraine 4092 des Calcaires tertiaires libres de Beauce Illustration 15 : page d accueil de l outil de simulation des coûts...41 Illustration 16 : interface de l outil pour la création d un nouveau scénario Illustration 17 : exemple de l interface de consultation et de modification d un scénario par d eau...42 Illustration 18 : exemple de l interface de consultation et de modification d un scénario par sous-secteur Illustration 19 : exemple de fiche d état par d eau résumant, par scenario, les caractéristiques du réseau théorique...44 Illustration 20 : analyse des réseaux existants et sélection des sites du futur réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines du bassin en fonction de la sectorisation des s d eau. Exemple de la d eau de la Mayenne (4018) Illustration 21 : répartition du nombre de stations de surveillance par type hydrogéologique de d eau Illustration 22 : concentrations en atrazine, déisopropylatrazine (DIA), dééthylatrazine (DEA), isoproturon et chlortoluron mesurées à la source des Brévilles (Val d Oise) d octobre 1999 à octobre D après Baran et al., Illustration 23 : comparaison entre la répartition du nombre de points retenus par type de contrôle (de surveillance ou opérationnel) et le risque de non atteinte du bon état en Illustration 24 : stations du RNB retenues pour représenter la qualité des eaux souterraines en zone de socle. Région Bretagne...57 Illustration 25 : stations du RNB retenues pour représenter la qualité des eaux souterraines en zone de socle. Régions Bourgogne, Limousin et Auvergne Illustration 26 : synthèse des résultats obtenus sur les bassins modélisés au cours des deux premières années du programme SILURES Bretagne. D après Mougin et al, Illustration 27 : débits mensuels moyens interannuels ( ) du bassin de la Rance. Modélisation réalisée dans le cadre du projet SILURES Bretagne. D après Mougin et al., Illustration 28 : calcul de l indice de représentativité d une d eau souterraine. Exemple de la d eau 4018 «Mayenne»...63 Illustration 29 : carte des indices de représentativité par d eau de niveau Illustration 30 : page d accueil de l outil OCRES Illustration 31 : exemple d interface de l outil permettant de simuler les coûts du réseau...68 BRGM/RP FR Rapport final 7

9 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Liste des tableaux Tableau 1 : Tableau récapitulatif des données utilisées pour le découpage des s souterraine en fonction du type Tableau 2 : Tableau récapitulatif du nombre de s d eau et de la surface par classe du nombre de secteurs qui composent une d eau Tableau 3 : Tableau récapitulatif du nombre de secteurs par classe de surface des secteurs et par type de d eau Tableau 4 : Tableau récapitulatif des surfaces cumulées des secteurs par classe de surface des secteurs et par type de Tableau 5 : Répartition du nombre total de s, du nombre total de secteurs, du nombre moyen de secteurs et de la surface moyenne des secteurs par type de souterraine Tableau 6 : prix HT des analyses chimiques par paramètre ou famille de paramètres. Source : AELB Tableau 7 : liste des s d eau souterraine pour lesquelles aucun point de surveillance n a pu être identifié Tableau 8 : statistiques de base du réseau proposé. Relations avec les autres réseaux de surveillance de la qualité des eaux souterraines Tableau 9 : densités moyennes du réseau par type hydrogéologique de d eau Tableau 10 : indices de représentativité du réseau pour chacune des s d eau libres du bassin Loire-Bretagne Tableau 11 : résultat des simulations obtenues pour calculer le coût du réseau BRGM/RP Rapport final

10 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Liste des abréviations ADES Accès aux Données des Eaux Souterraines AELB Agence de l eau Loire-Bretagne AEP Alimentation en Eau Potable AESN Agence de l eau Seine-Normandie BRGM Bureau de Recherches Géologiques et Minières BSS Banque du Sous-Sol CO Contrôle Opérationnel CS Contrôle de Surveillance DCE directive cadre sur l eau DDASS Direction Départementale des Affaires Sanitaires et Sociales Diren Direction Régionale de l Environnement MEDD Ministère de l Ecologie et du Développement Durable RA Recensement Agricole RNB Réseau National de Bassin (réseau de surveillance des cours d eau) RNES Réseau National de connaissance des Eaux Souterraines SILURES Système d Information pour la Localisation et l Utilisation des Ressources en Eau Souterraine BRGM/RP FR Rapport final 9

11 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Introduction La directive cadre sur l eau (DCE) du 23 octobre 2000 impose aux Etats Membres de surveiller l'état de leurs s souterraine (article 8). Cette surveillance concerne à la fois l'état quantitatif des systèmes et l'état qualitatif. Les réseaux répondant à ces objectifs devront être opérationnels avant le 20 décembre Pour la surveillance de l'état qualitatif des eaux souterraines, la DCE exige la construction d'un réseau de surveillance basé sur deux niveaux de contrôle distincts : - le contrôle de surveillance : il s'applique à l'ensemble des s et a pour objectif de suivre l'état général des eaux souterraines. - le contrôle opérationnel : il s'applique aux s pour lesquelles un risque de non atteinte du bon état en 2015 a été identifié. Il a pour principal objectif de suivre la tendance d'évolution des paramètres responsables de ce risque. C'est pourquoi les agences de l'eau, à qui la maîtrise d'ouvrage des réseaux de surveillance de la qualité des eaux souterraines a été confiée par le Ministère de l'ecologie et du Développement Durable (MEDD), doivent aujourd hui faire évoluer leurs réseaux de bassin pour qu'ils répondent aux exigences de la directive cadre sur l eau (circulaire du 14 décembre 2004). Pour répondre à cet objectif et devant la multiplicité des réseaux de surveillance de la qualité des eaux souterraines (réseaux patrimoniaux, réseaux de surveillance de la qualité des eaux brutes destinées à l'alimentation en eau potable, surveillance des Installations Classées, ), la stratégie adoptée par le MEDD est de rationaliser les réseaux existants. Un prélèvement peut en effet répondre à plusieurs objectifs à la fois et satisfaire les besoins de différents producteurs (contrôle sanitaire et suivi au titre de la DCE par exemple). Il est ainsi demandé aux agences de l'eau de construire les futurs réseaux de surveillance de la DCE en utilisant le plus possible les données existantes. La banque ADES, ouverte depuis 2003 et permettant aujourd'hui d'accéder facilement aux données publiques produites par l'ensemble des acteurs de l'eau, constitue un atout majeur pour l'application de cette stratégie. A l'heure où les réseaux patrimoniaux sont amenés à évoluer, l'objectif affiché par l'agence de l'eau Loire-Bretagne est double : répondre aux exigences de la DCE et améliorer la connaissance du fonctionnement et des caractéristiques des eaux souterraines du bassin. C'est dans ce contexte que la présente étude visant à faire évoluer le réseau actuel de l agence de l eau Loire-Bretagne a été engagée. Elle s articule en quatre phases : - Phase 1 : définition d une méthodologie de choix des points par type de d eau. Il s agit, pour chacun des grands types de domaine hydrogéologique identifié lors de la délimitation des s d eau, de donner les guides pratiques utiles au choix des points (ex. privilégier les sources en milieu BRGM/RP FR Rapport final 11

12 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne karstique,.). Pour ce faire, les propositions faites par l'agence seront étudiées, complétées et soumises pour validation aux experts locaux. - Phase 2 : sélection des sites qui feront partie du réseau de surveillance. Cet exercice s est déroulé en deux temps : o Construction d un réseau «théorique» : il s agit d identifier le lieu où il conviendrait de placer idéalement les points de surveillance pour disposer d une représentativité maximale, et de définir un programme d échantillonnage optimal. Cette étape s est opérée en deux temps : sectorisation des s d eau souterraine en sous-unités «homogènes». Cette analyse multicritères a été réalisée à partir de données relatives aux pressions (élevage et cultures d après le Recensement Agricole 2000) et aux écoulements (bassins versants de surface). développement d un outil de simulation permettant d étudier plusieurs scénarios de réseaux et de trouver le meilleur rapport «coût représentativité». o Construction du réseau «optimal» : une comparaison des résultats de l étape précédente et des points existants permet d aboutir au réseau optimal. o Consultation des experts régionaux : des réunions programmées en région ont permis de présenter aux acteurs locaux la méthodologie adoptée pour faire évoluer le réseau et de recueillir pour chaque d eau les sites les plus représentatifs. - Phase 3 : gestion de l accès à l ouvrage. L'objectif de cette phase est double. Il s'agit d'une part d'aider l'agence de l'eau dans la gestion des sites retenus pour la surveillance de la qualité des s souterraine, et d'autre part de bancariser les informations relatives à cette gestion. - Phase 4 : mise à jour dans la banque de données nationale ADES du réseau ainsi créé. Le présent rapport fait le bilan de l ensemble de l étude et des résultats de ces 4 phases. 12 BRGM/RP Rapport final

13 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne 1. Présentation du bassin Loire-Bretagne Avant de définir les guides méthodologiques qui serviront au choix des sites du nouveau réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines en Loire-Bretagne et de choisir les sites proprement dit, une présentation succincte du bassin, et en particulier de ses s d eau et de son réseau, est nécessaire LE DECOUPAGE DES MASSES D EAU Pour répondre aux exigences de l article 5 de la DCE sur l identification et la caractérisation des s d eau, les eaux souterraines de la France ont fait l objet d un nouveau découpage transmis fin mars 2005 à la Commission Européenne. Les entités ainsi identifiées sont les unités de base pour l application de la DCE. C est en effet à l échelle de la d eau que doivent se mettre en place les réseaux de surveillance (sur les aspects à la fois qualitatifs et quantitatifs) ou encore que les plans de gestion seront établis et appliqués. Dans ce nouveau découpage, les s d eau souterraine sont organisées selon six principaux types hydrogéologiques (Illustration 1) sur la base desquels les stratégies de mise en place du réseau de surveillance seront développées. Dans le bassin Loire-Bretagne, 143 s d eau ont été identifiées (Illustration 2). A l exception de l «intensément plissé», tous les domaines hydrogéologiques y sont représentés. Sur ces 143 unités, 71 présentent un risque de non atteinte du bon état qualitatif en 2015, 59 ne présentent aucun risque qualitatif et pour 13 d entre elles, les données n ont pas permis une estimation fiable de leur état en 2015 (source : AELB, 2004 ; Illustration 3). Parallèlement à la préparation des programmes de mesure, ce classement sera cependant amené à évoluer. BRGM/RP FR Rapport final 13

14 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Illustration 1 : typologie des s d eau souterraine. D après BRGM, BRGM/RP Rapport final

15 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Illustration 2 : découpage des s d eau souterraine du bassin Loire-Bretagne. Source : AELB BRGM. BRGM/RP FR Rapport final 15

16 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Illustration 3 : s d eau souterraine du bassin Loire-Bretagne. Risque de non atteinte du bon état en BRGM/RP Rapport final

17 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne 1.2. LE RESEAU DE BASSIN DE SURVEILLANCE DE LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES En 1996, la responsabilité générale et le financement des réseaux patrimoniaux de surveillance des eaux souterraines (aspects quantitatifs et qualitatifs) ont été confiés aux agences de l eau. Dès lors, ces dernières se sont attachées à construire ces réseaux dont les spécifications ont été inscrites en 1999 dans le protocole national du Réseau de Connaissance générale des Eaux Souterraines (RNES). De 1997 à 1999, l Agence de l Eau Loire-Bretagne a élaboré, avec le soutien du BRGM, son réseau patrimonial de surveillance de la qualité des eaux souterraines (Landreau et al., 1997 ; Landreau et al., 1999 ; Seguin, 1999). Ce réseau compte aujourd hui 165 points de surveillance. Elaboré pour être représentatif de l état général des aquifères du bassin, il doit aujourd hui évoluer pour correspondre au nouveau découpage des s d eau souterraine réalisé pour l application de la DCE. Il ne s agit donc pas de refaire le travail déjà réalisé pour la mise en place du RNES. La plupart des sites de surveillance seront conservés dans le nouveau réseau. L objectif est plutôt de compléter les points déjà existants par de nouveaux sites en vérifiant que l ensemble est représentatif de l état des s d eau souterraine et donc conforme aux exigences de la DCE. Illustration 4 : points du réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines du bassin Loire-Bretagne en 2005 (165 sites formant le RNES). Source : AELB ADES. Fond cartographique : lithologie simplifiée des aquifères d après BDRHFv1. BRGM/RP FR Rapport final 17

18 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne 2. Méthodologie de choix des points Bien que, comme décrit précédemment, des études aient déjà été réalisées sur le bassin Loire-Bretagne pour la mise en place du réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines, il est aujourd hui nécessaire de redéfinir ou plutôt de faire évoluer les stratégies de mise en place du réseau afin que celles-ci soient en accord avec les recommandations nationales (MEDD, 2003) et européennes (Working Group 2.7, 2003). Il est également essentiel que les stratégies adoptées soient élaborées en partenariat avec les experts régionaux. C est pour cette raison que l agence de l eau Loire- Bretagne a organisé un processus de consultation des hydrogéologues régionaux afin que ceux-ci valident les propositions méthodologiques de mise en place du réseau. Le présent chapitre présente les méthodologies retenues pour chacun des types de d eau ainsi que les résultats du processus de consultation des experts METHODOLOGIE PAR TYPE DE MASSE D EAU Pour chacun des six grands types de domaine hydrogéologique, une méthodologie de choix des points est proposée. Pour le domaine e, deux méthodologies ont été élaborées pour tenir compte du caractère karstique ou non du système. Ce facteur est en effet très important car compte tenu de la rapidité des écoulements dans les milieux karstiques, la stratégie de positionnement des points ne peut être la même. Par souci de lisibilité, la méthodologie proposée pour chaque type de d eau est présentée sous forme de fiche synthétique. Sur chaque fiche, des recommandations permettant de localiser les points du réseau sont proposées. Il est important de noter que ces recommandations n ont pas vocation à être exhaustives. A l inverse, le niveau de connaissance étant très variable d un système à l autre, toutes les recommandations ne pourront être appliquées Le modèle conceptuel Avant de présenter les fiches méthodologiques proprement dites, il convient de rappeler que, comme le recommandent les guides français et européens, le choix des sites de surveillance devra avant tout être basé sur le modèle conceptuel de la d eau. Par modèle conceptuel, on entend représentation schématique des caractéristiques de la d eau (hydrogéologie, pressions, caractéristiques chimiques, relations avec les systèmes de surface,.). BRGM/RP FR Rapport final 19

19 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne La première fiche méthodologique de l annexe 1 présente cette notion de modèle conceptuel Fiches méthodologiques par domaine Pour chacun des types de domaine hydrogéologique suivants, une fiche méthodologique est proposée : - domaine alluvial ; - domaine imperméable localement aquifère ; - domaine e à caractère karstique ; - domaine à dominante e (non karstique) ; - domaine de socle ; - domaine volcanique. Ces fiches sont disponibles dans l annexe Cas particulier du socle En domaine de socle, deux fiches méthodologiques correspondant à deux orientations stratégiques différentes sont proposées et devront être discutées avec les experts locaux. En effet, dans ce contexte géologique il n existe pas de véritable nappe d eau souterraine. L eau est généralement présente dans les fissures et, dans ce milieu très hétérogène, un forage n est bien souvent représentatif que de lui-même ou d un environnement relativement proche. En outre, les relations avec les systèmes de surface sont étroites (Illustration 5). 20 BRGM/RP Rapport final

20 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Illustration 5 : schéma conceptuel d un aquifère de socle. Exemple du bassin versant de Naizin (Morbihan). D après BRGM. Ainsi, deux approches sont proposées pour construire un réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines en domaine de socle : - soit un travail d identification d unités homogènes est entrepris. Il s agit dans un premier temps, à partir des données pertinentes pour le suivi de la qualité des eaux souterraines, d identifier pour chaque d eau des sous-unités homogènes. Trois types d information seraient ainsi croisés : o o la géologie, la pluviométrie, o le Recensement Agricole Un ou plusieurs sites de mesures seraient ensuite retenus dans chacune de ces sous-unités. L avantage de cette méthode est qu elle est basée sur une approche directe de la géologie et des eaux souterraines. Elle est cependant lourde et n exclue pas totalement le risque de non représentativité des sites de prélèvement. Enfin, avec une telle approche, le réseau de surveillance devra être dense et donc plus coûteux. - soit des mesures sont réalisées dans les cours d eau à l étiage. Puisque les eaux souterraines en domaine de socle sont étroitement liées aux eaux de surface et que les limites du bassin versant hydrogéologique correspondent le plus souvent aux limites des bassins versants hydrographiques, des points de prélèvements situés dans les cours d eau peuvent être retenus. Les prélèvements pourraient être réalisés à l étiage lorsque la contribution des eaux souterraines à l alimentation des rivières est maximale et pratiquement BRGM/RP FR Rapport final 21

21 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne exclusive. Avec cette approche, la localisation des sites de mesure et la définition des périodes de prélèvement devra être basée sur une étude préalable des débits. Les éventuelles sources de contamination ponctuelle devront également être identifiées. Le principal avantage de cette méthode est de disposer de points intégrateurs et donc représentatifs de la chimie de l ensemble des eaux situées en amont. Son adéquation avec les hydrosystèmes de surface facilite également l identification des bassins versants prioritaires en termes d actions PROCESSUS DE VALIDATION PAR LES EXPERTS Afin que les orientations stratégiques qui seront prises pour la mise en place du réseau de surveillance soient le plus pertinentes possibles et qu elles soient partagées par les acteurs locaux, une consultation des experts régionaux a été organisée selon les phases schématisées ci-après. Début juillet 2005 Rédaction des fiches méthodologiques (BRGM/AELB) 13 juillet 2005 Diffusion des fiches aux experts locaux pour avis 20 août 2005 Recueil des commentaires 1 er septembre 2005 Comité de pilotage Validation finale des méthodologies 22 BRGM/RP Rapport final

22 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Les principaux commentaires reçus (par courriers et au cours du comité de pilotage du 1 er septembre) sont : - domaine volcanique (Diren Auvergne) : o Faire attention à la nature géologique de l édifice (coulées, brèches, ). Les systèmes bréchiques comme le Cantal sont ainsi très différents des massifs volcaniques «en coulée» tels que la Chaîne des Puys ou le Cézallier. Les dépôts sous forme de brèches peuvent localement jouer le rôle de réservoir mais cela reste très local. Dans ce type de contexte, la recherche de points représentatifs est difficile. o Lorsqu une d eau volcanique comme le Cantal est trans-district et que plutôt de la rattacher à un district celle-ci a été coupée en deux, la question de la concertation avec l autre agence de l eau concernée est posée. Par souci de cohérence du choix des points et des critères de sélection, cette concertation semblerait utile. - domaine de socle : o Parmi les deux méthodologies proposées pour le domaine de socle, le Conseil Général et la MISE des Côtes d Armor ont émis un avis favorable pour la deuxième méthode basée sur des mesures dans les cours d eau à l étiage. La première méthode apparaît en effet trop théorique et les sites retenus avec une telle approche risqueraient de ne pas être représentatifs de toute la d eau souterraine. Les programmes d action qui seraient définis à partir des résultats issus d un tel réseau seraient en outre inefficaces sur la qualité de l ensemble du système (eaux de surface et eaux souterraines). o La Diren Pays de Loire fait cependant remarquer que la méthode est inapplicable dans certains secteurs comme en Vendée où les à secs sont fréquents. Dans ce type de cas, la première méthode pourra être utilisée. o La méthode 2 est intéressante mais elle ne permet pas de surveiller la qualité des s d eau en hiver. Pour conclure sur la méthodologie à retenir en domaine de socle, il est convenu que les deux méthodes seront testées afin d évaluer plus précisément les avantages et les inconvénients de chacune. Le choix de la méthode se fera en fonction des particularités régionales et en accord avec les experts locaux. Dans certains cas, il apparaît également utile de «mixer» ces deux méthodes, même à l échelle d une même d eau. Il sera par exemple possible de réaliser des prélèvements dans les cours d eau l été et de recourir à des prélèvements dans des forages l hiver. De même, en été, les résultats de mesures réalisées dans certains forages pourront être confrontés aux résultats des analyses réalisées dans les cours d eau. BRGM/RP FR Rapport final 23

23 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne D autres commentaires ont été reçus sur la définition du type des s d eau souterraine (CG 44) mais dans la mesure où la délimitation des s d eau souterraine a été validée au niveau national et transmise à la Commission Européenne, sauf cas particuliers, les modifications seront difficiles. 24 BRGM/RP Rapport final

24 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne 3. Construction d un réseau théorique Ce chapitre présente les outils qui ont permis d aboutir à la construction d un réseau théorique c'est-à-dire idéal en terme de représentativité (indépendamment de la position des sites existants et du coût des prélèvements et des analyses). Il s agit successivement de la sectorisation des s d eau souterraine en unités «homogènes» et du développement d un outil de simulation des coûts du réseau SECTORISATION DES MASSES D EAU SOUTERRAINE EN UNITES HOMOGENES Afin de choisir les points qui feront partie du réseau de surveillance de la qualité des s souterraine du bassin Loire-Bretagne, un découpage visant à établir des zones homogènes en terme de caractéristiques physiques et de pression exercée au sein de chaque souterraine de niveau 1 a été réalisé. Mené avec le logiciel ArcGis, ce découpage en unités homogènes résulte de traitements multicritères La sectorisation Le bassin Loire-Bretagne est constitué de 5 grands domaines géologiques : alluvial, domaine imperméable en grand, édifice volcanique, domaine e et socle (Illustration 6). En fonction des caractéristiques de chacun de ces grands domaines, un traitement spécifique a été appliqué pour le découpage des s. Illustration 6 : carte des types de s souterraine de niveau 1 sur le bassin Loire- Bretagne. BRGM/RP FR Rapport final 25

25 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne La sectorisation a systématiquement pris en compte les limites des s souterraine de niveau 1 (source BRGM) et les données d'occupation du sol (source AELB). Les données d'occupation du sol L'agence de l'eau Loire-Bretagne a fourni des données numériques sur l'occupation du sol sur le territoire strict du district hydrographique Loire-Bretagne. Or 3 s souterraine s'étendent en partie sur un district hydrographique voisin : Seine- Normandie au Nord ou Adour-Garonne au Sud. Dans un premier temps le fichier d'occupation du sol a dû être complété pour les zones non renseignées en périphérie du district Loire-Bretagne. La méthodologie statistique employée pour caractériser l'occupation du sol initialement n'étant pas connue, l'occupation du sol sur les zones non renseignées a été déterminée à partir d'une analyse des données du RGA 2000 et par analogie avec les résultats déjà disponibles sur les cantons adjacents. La couche d information de l ocupation du sol (cultures et élevage) a été systématiquement utilisée dans le découpage des s d eau souterraine de niveau 1 afin d identifier au sein de chaque d eau des zones représentatives des pressions qui s y exercent. A cette première sectorisation déterminée par l ocupation du sol, a été ajouté un découpage spécifique en fonction du type de la d eau. 26 BRGM/RP Rapport final

26 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne absence de données 1 - cultures permanentes avec parfois du maïs 2 - beaucoup de céréales et d'oléagineux 3 - beaucoup de céréales et d'oléagineux 4 - assez varié avec parfois beaucoup de vignes 5 - dominante de maïs, légumes et parfois de pommes de terre 6 - beaucoup de maïs et prairies cultivées 7 - beaucoup de prairies cultivées et des surfaces toujours en herbe 8 - polyculture avec parfois des vignes et des surfaces toujours en herbe 9 - polyculture et des surfaces toujours en herbe 10 - polyculture extensive 11 - surfaces toujours en herbe et peu de polyculture 12 - surfaces toujours en herbe et prairies cultivées uniquement Absence de données Faible intensité Intensité moyenne assez diversifiée Forte intensité d'ovins et de bovins Forte intensité et forte diversité (surtout porc et volaille) Forte intensité et forte diversité (surtout bovin et volaille) Forte intensité et forte diversité (volaille, porc et bovin) Illustration 7 : cartes d'occupation du sol (cultures et élevage) initiales et après complément. BRGM/RP FR Rapport final 27

27 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Sectorisation selon le type de souterraine Type Alluvial Pour ce type d'aquifère bien particulier, en relation avec le cours d eau et les aquifères sous-jacents, il a été convenu de prendre en compte pour la sectorisation des s d eau de type alluvial les s d eau souterraine de niveau 2 situées en dessous. Les s d eau alluviales représentant des cours d eau ayant une longueur importante ont été ainsi divisées en fonction des s d eau souterraine de niveau 2 correspondant aux aquifères encaissants (exemple de la d eau 4108 des alluvions de la Loire moyenne avant Blois découpée par les s d eau de niveau 2 des calcaires de Beauce et de la craie du Séno-Turonien). Type imperméable localement aquifère Les s souterraine de type imperméable localement aquifère sont des formations es peu ou pas aquifères renfermant des petits aquifères disjoints, dont les limites sont souvent mal connues. La sectorisation de ces s d eau a consisté à utiliser le découpage des entités du référentiel BDRHF V1 (RNDE, 2002) contenues dans les s d eau, car elles représentent des unités homogènes d un point de vue hydrogéologique (distinction des types d aquifères -monocouche ou multicouche- et des types d écoulement). Type Socle Pour les domaines de socle, les écoulements superficiels sont prépondérants sur les écoulements souterrains. On considère généralement que les champs d écoulement des eaux souterraines et superficielles sont très similaires. La sectorisation appliquée pour le domaine de socle s est donc appuyée sur les limites des grandes zones hydrographiques (BDCarthage, 2003). Les données relatives à la géologie (distinction des schistes et des terrains granitiques) et à l altitude, utilisées dans la sectorisation dans un premier temps, n ont pas été conservées dans le souci d avoir une méthodologie homogène à l échelle du domaine de socle et d éviter de créer un nombre trop important d unités par d eau souterraine. Type Edifice volcanique Les limites des s d eau souterraine de type édifice volcanique correspondent à l aire d extension des massifs volcaniques. Comme pour les s d eau de type socle, la sectorisation de ces s d eau s est faite sur les limites des grandes zones hydrographiques. 28 BRGM/RP Rapport final

28 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Type e Les s d eau souterraine de type dominante e présentent la plus grande variété de caractéristiques hydrogéologiques ; elles peuvent être monocouche ou multicouche, à écoulement libre, captif ou comporter des parties libres et des parties captives, et présenter un écoulement à caractère karstique. Ces informations sont reprises dans le référentiel hydrogéologique BDRHF V1 et ce sont donc les entités de BDRHF V1 qui ont servi à la sectorisation pour les s d eau de type dominante e. Le tableau suivant récapitule pour chaque type de d eau souterraine les référentiels utilisés pour la sectorisation. Type de Nombre de s Sous-secteurs hydrographiques BDCarthage Sectorisation : référentiels utilisés Entités hydrogéologiques BDRHF V1 Masse souterraine de niveau 2 Occupation du sol Alluvial 13 X X e 53 X X Edifice volcanique 6 X X Imperméable localement aquifère 9 X X Socle 51 X X Total 132 Tableau 1 : Tableau récapitulatif des données utilisées pour le découpage des s souterraine en fonction du type. La méthodologie de sectorisation La sectorisation résulte de l intersection des différents référentiels (Tableau 1) réalisée à l aide du SIG ArcGis et est constituée de polygones distincts pour lesquels on estime que les caractéristiques hydrogéologiques et d occupation du sol sont homogènes. Ce traitement a mis en évidence des polygones dont la surface est négligeable et qu on peut considérer comme des artéfacts dus à la précision des limites des différentes couches d information utilisées. Dans un souci d homogénéité et afin d obtenir des secteurs d une surface représentative pour la suite de l étude, des corrections automatiques ont été faites pour pallier au manque de cohérence entre les limites des différents référentiels et pour supprimer les entités de taille réduite. BRGM/RP FR Rapport final 29

29 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Mise en cohérence des limites Le problème des limites des référentiels s est posé notamment au niveau du tracé côtier. La couche d information d occupation du sol, basée sur les limites de cantons, a un tracé côtier beaucoup plus détaillé que les référentiels des s d eau, des entités BDRHF V1 et des sous-secteurs hydrogaphiques BD-Carthage (Illustration 8). De ce fait, les secteurs en rouge, situés dans les limites des s d eau souterraine, ne comportaient pas d information concernant l occupation du sol (exemple des estuaires). Illustration 8 : précision du tracé côtier et secteurs sans attribut d occupation du sol en rouge. Résultat après correction (Exemple de la d eau souterraine 4001). Afin que la surface de chaque d eau souterraine puisse être découpée en secteurs homogènes, les secteurs non renseignés pour l occupation du sol ont hérité 30 BRGM/RP Rapport final

30 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne des attributs d occupation du sol du secteur adjacent dont les caractéristiques physiques étaient les plus semblables. Suppression des entités de petite surface Pour tous les secteurs de surface inférieure à 50 ha, dans une même d eau souterraine, une procédure de correction automatique de réaffectation de ces secteurs au secteur avec lequel ils partagent la plus grande bordure a été utilisée. Cette méthode est expliquée dans l Illustration 9. La sectorisation initiale obtenue par intersection des différents référentiels en fonction du type de la d eau est composée de secteurs dont ont une surface inférieure à 50 ha. Dans chaque d eau souterraine, les secteurs de surface inférieure à 50 ha sont identifiés. Ces secteurs sont réaffectés au secteur adjacent avec lequel ils partagent la plus longue bordure et situé dans la même d eau souterraine. Illustration 9 : méthode de correction automatique pur les secteurs de surface inférieure à 50 ha. Les secteurs de toutes les s d eau sont ensuite agglomérés dans une même couche, qui compte au final secteurs (Illustration 10). Sur l Illustration 11, certains types de secteurs assez proches ont été regroupés. BRGM/RP FR Rapport final 31

31 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne ± Kilomètres Culture, élevage STH et prairies cultivées, 5 STH et prairies cultivées, 3 STH et prairies cultivées, 2 STH et prairies cultivées, 1 STH et peu de polyculture, 3 STH et peu de polyculture, 2 polyculture extensive, 5 polyculture extensive, 3 polyculture extensive, 2 polyculture extensive, 1 polyculture extensive, 0 polyculture et des STH, 5 polyculture et des STH, 3 polyculture et des STH, 2 polyculture avec parfois des vignes et des surface, 3 polyculture avec parfois des vignes et des surface, 2 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 6 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 5 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 4 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 3 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 2 dominante de maïs, légumes et parfois de pdt, 0 cultures permanentes avec parfois du maïs, 6 cultures permanentes avec parfois du maïs, 5 cultures permanentes avec parfois du maïs, 3 cultures permanentes avec parfois du maïs, 2 cultures permanentes avec parfois du maïs, 1 cultures permanentes avec parfois du maïs, 0 beaucoup de prairies cultivées et des STH, 6 beaucoup de prairies cultivées et des STH, 5 beaucoup de prairies cultivées et des STH, 3 beaucoup de prairies cultivées et des STH, 2 beaucoup de prairies cultivées et des STH, 1 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 6 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 5 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 4 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 3 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 2 beaucoup de maïs et prairies cultivées, 0 beaucoup de céréales et d'oléagineux, 5 beaucoup de céréales et d'oléagineux, 3 beaucoup de céréales et d'oléagineux, 2 beaucoup de céréales et d'oléagineux, 1 beaucoup de céréales et d'oléagineux, 0 assez varié avec parfois beaucoup de vignes, 3 assez varié avec parfois beaucoup de vignes, 2 assez varié avec parfois beaucoup de vignes, Illustration 10 : carte de la sectorisation des s d eau souterraine de niveau 1 du bassin Loire Bretagne. Secteurs détaillés. 32 BRGM/RP Rapport final

32 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne ± Kilomètres polyculture majoritaire STH minoritaire, élevage faible polyculture majoritaire STH minoritaire, élevage fort polyculture majoritaire STH minoritaire, élevage moyen polyculture minoritaire STH majoritaire, élevage faible polyculture minoritaire STH majoritaire, élevage fort polyculture minoritaire STH majoritaire, élevage moyen polyculture, élevage faible polyculture, élevage fort polyculture, élevage moyen STH = Surface Toujours en Herbe, grandes cultures, élevage faible grandes cultures, élevage fort grandes cultures, élevage moyen nc, faible nc, fort nc, nc Illustration 11 : carte de la sectorisation des s d eau souterraine de niveau 1 du bassin Loire Bretagne. Secteurs agrégés. BRGM/RP FR Rapport final 33

33 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Synthèse des caractéristiques de la sectorisation Les s souterraine composées de 1 à 10 secteurs sont les plus représentées avec 37,9 % en nombre de s et 13 % en surface. En terme de surface, ce sont les s composées de 10 à 20 secteurs qui sont le plus représentées avec 21,6 % de la surface totale. Le tableau 2 et l Illustration 12 récapitulent le nombre de s souterraine de niveau 1 et la surface qu'elles représentent par classes de nombre de secteurs, ainsi que les pourcentages correspondants. Nombre de polygones Nombre de s Pourcentage du nombre total de s (%) Somme de la surface (km²) Pourcentage de la surface totale (%) > Total Tableau 2 : Tableau récapitulatif du nombre de s d eau et de la surface par classe du nombre de secteurs qui composent une d eau. La surface minimale d un secteur est de 2,11 ha et la surface maximale est de ,1 ha (secteur identifié pour la d eau 4092 des Calcaires tertiaires libres de Beauce, cf. zoom de l Illustration 14). La surface moyenne des secteurs est de 5 948,6 ha. La répartition des surfaces des secteurs ainsi que la fréquence cumulée sont reportées sur l Illustration BRGM/RP Rapport final

34 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne 60 Nombre de s Pourcentage de la surface totale Nombre de s Pourcentage de la surface totale > 100 Nombre de secteurs par 0 Illustration 12 : répartition du nombre de s d eau et du pourcentage en surface qu elles représentent par classe du nombre de secteurs qui la composent. Distribution cumulée 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Surface du secteur Histogramme 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Surface du secteur Illustration 13 : histogramme et fréquence cumulée des surfaces des secteurs. BRGM/RP FR Rapport final 35

35 Elaboration du réseau de surveillance de la qualité des s d eau souterraine en Loire-Bretagne Les tableaux 3 et 4 donnent la répartition du nombre de secteurs par type de souterraine en fonction des classes de surface des secteurs et les surfaces correspondantes. Classe de surface des secteurs (ha) Alluvial Nombre de secteurs par type de e Edifice volcanique Imperméable localement aquifère Socle Total < > Total Tableau 3 : Tableau récapitulatif du nombre de secteurs par classe de surface des secteurs et par type de d eau. Classe de surface des secteurs (ha) Alluvial Surface cumulée des secteurs par type de e Edifice volcanique Imperméable localement aquifère Socle Total < > Total Tableau 4 : Tableau récapitulatif des surfaces cumulées des secteurs par classe de surface des secteurs et par type de. 36 BRGM/RP Rapport final