Modélisation des flux d azote du sol vers les nappes et les rivières sur l AAC des sources du Vivier

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1 Modélisation des flux d azote du sol vers les nappes et les rivières sur l AAC des sources du Vivier M. Chatelier, N. Sürdyk, F. Bichot Séminaire sur l utilisation des données spatiales pour la gestion des AAC organisé par la FNCCR, l ASTEE, l ONEMA, l INRA, AGROSPARISTECH et le Syndicat des Eaux du Vivier BRGM Poitou Charentes, 5 rue de la goélette, St Benoît - 3 décembre 2014

2 Enjeux Des enjeux quantitatifs et qualitatifs Bassin en déséquilibre quantitatif entre la ressource et les besoins Une ressource principale exposée aux pollutions diffuses agricoles et aux pollutions diffuses et accidentelles de la zone urbanisée de Niort, Des teneurs en nitrates dans les eaux brutes régulièrement > 50 mg/l depuis plus de 20 ans. qui appellent à la réflexion autour de : La sécurisation quantitative de la ressource face aux nouvelles modalités de gestion de l irrigation sur le BAC Vivier (retenues de substitution) au développement des besoins des agglomérations et de la dérive potentielle climatique La reconquête qualitative de la ressource visée par les programmes d actions mis en œuvre et leur impact sur les concentrations en nitrates à moyen et long terme dans les eaux souterraines, > 2

3 Objectif Evaluer l impact de changements sur la quantité et la qualité des eaux souterraines Pratiques agricoles Climat blé mais colza tournesol orge Herbe Modification des assolements et /ou des doses d intrants A B Baisse des pluies hivernales et augmentation de l ETP Pollutions accidentelles/chroniques Prélèvements Pollution de la rivière du Lambon, plan de sécurité civile secteurs sensibles Baisse des prélèvements estivaux et augmentation des prélèvements hivernaux Financement 168 k HT - 2 ans - SEV (%) / AELB (%) / BRGM (20%) > 3

4 Objectif Evaluer l impact de changements sur la quantité et la qualité des eaux souterraines Pratiques agricoles Climat blé mais colza tournesol orge Herbe Modification des assolements et /ou des doses d intrants A B Baisse des pluies hivernales et augmentation de l ETP Pollutions accidentelles/chroniques Prélèvements Pollution de la rivière du Lambon, plan de sécurité civile secteurs sensibles Baisse des prélèvements estivaux et augmentation des prélèvements hivernaux Financement 168 k HT - 2 ans - SEV (30 %) / AELB (50 %) / BRGM (20 %) > 4

5 Méthodologie Démarche Outil Collecter les données géométrie du modèle sur les flux d eau sur les flux d azote Modèle hydrodynamique régional (Douez et al., 2011) décliné à l échelle locale et adapté en transport d azote (couplage MARTHE-BICHE) Simuler une réalité Restitution de chroniques piézométriques (nappe) et de débit (rivière/source) Restitution de chroniques de concentrations en nitrates Prédire une réalité future Scénarios de changements de pratiques agricoles Codes de Calcul MARTHE et BICHE (BRGM) Calage hydrodynamique régional Pas de temps mensuel / hebdo 2000/2007 (en cours d actualisation 2011) Couplage rivière / nappe > 5

6 Le modèle Jurassique de Poitou-Charentes : genèse & utilisation Région Poitou-Charentes : Problématique sur les eaux souterraines : quantité/qualité enjeux environnementaux et agricoles importants. Nappes en relation étroite avec les cours d eau (étiages sévères). Forts conflits d intérêts entre usagers (AEP, irrigation, associations environnementales, activités du littoral comme la conchyliculture...), Marais-Poitevin : 2 nde zone humide de France. Le modèle : Modèle global de la ressource en eau des aquifères jurassiques calé en transitoire sur 2000/2007 (actualisation en cours) à un pas de temps mensuel qui permet de : 1-Reproduire le fonctionnement des nappes au cours du temps : niveaux des nappes, circulations des eaux et les relations nappes/rivières, 2-Faire des bilans par bassins versants : stockage/déstockage des nappes, échanges avec les rivières, prélèvements, 4-Estimerl impact des prélèvements en nappes afin d aider à la gestion, 3 - Réaliser des simulations : Tests de scénarios de réduction ou d augmentation des prélèvements, Analyse de l impact de projets de retenues de substitutions, Etude de l effet des changements climatiques à moyen terme.. Partenaires : Région Poitou-Charentes, DREAL Poitou-Charentes, Agences de l Eau Adour-Garonne et Loire-Bretagne. > 6 Travail réalisé sous l égide d un comité de pilotage élargi : Services de l état (DREAL, DDT), collectivités (Région-Départements), AELB/AEAG, Chambres d agricultures, associations environnementales, IIBSN

7 Collecter les données géométrie du modèle sur les flux d eau sur les flux d azote Modèle hydrodynamique régional décliné à l échelle locale et adapté en transport d azote Simuler une réalité Restitution de chroniques piézométriques (nappe) et de débit (rivière/source) Restitution de chroniques de concentrations en nitrates Prédire une réalité future Scénarios de changements de pratiques agricoles Code de Calcul MARTHE (BRGM) Calage hydrodynamique régional Pas de temps mensuel / hebdo 2000/2007 (en cours d actualisation 2011) Couplé rivière / nappe > 7

8 Les données à chaque étape topographiques Géométrie du modèle - Maillage carré de 250 m par 250 m - Emprise 970 km² mailles par couche d entrée MNT 50 m Traitement Détenteurs Moyenne par maille BRGM (BD ALTI )

9 géologiques Géométrie du modèle - Modèle tridimensionnel - 8 couches géologiques - mailles actives d entrée Traitement Détenteurs Informations géologiques (coupe forage, rapport d étude etc.) Traitement du MNT 50 m > une valeur moyenne par maille Interpolation SURFER, GeoModeller BRGM (Modèle régional (Douez et al. 2011), BSS) SEV (rapports)

10 - Couplage nappe/rivière hydromorphologiques Géométrie du modèle H - rivière H - aquifère Lit de la rivière colmaté (Épaisseur, Perméabilité) Largeur de la maille d entrée Traitement Détenteurs Largeur de cours d eau Pente de cours d eau Manuel SEV (rapport ARLA) IRSTEA (Base Syrah, libre accès) IGN/GEOPORTAIL Longueur de cours d eau SIG MapInfo BRGM (BD Carthage (IGN)) Cote de fond de rivière Manuel BRGM (IGN 1/25 000) Hauteur d eau - Sèvre Niortaise - DDTM17

12 «flux d eau» Restitution des chroniques H,Q Cotes piézométriques (H) Débit de rivière (Q)

13 La recharge «flux d eau» Restitution des chroniques H,Q - zones SAFRAN (8km²) pour la pluie/etp et 31 zones de sol (RU/IDPR) - Calcul du bilan hydroclimatique selon le modèle GARDENIA Schéma Gardenia (Thiéry D., 2003) d entrée Période/pas de temps Pluie/ETP / journalier Cartographie des RU Traitement Agrégation au pas de temps hebdomadaire/mensuel Détenteurs BRGM (sous convention Recherche avec Meteofrance, mise à disposition à titre gracieux) - - IGCS - Chambre d agriculture régionale IDPR - - BRGM

14 Les prélèvements nappe/rivière (AEP, industrie, irrigation) «flux d eau» Restitution des chroniques H,Q Prélèvements en nappe recensés d entrée Période/pas de temps Traitement Détenteurs Chroniques volumétriques «eaux souterraines» / hebdo-mensuel Rattachement ou vérification de l aquifère capté Vérification de la localisation des ouvrages de prélèvement Ventilation des prélèvements au mois et à la semaine DDT / AELB Chroniques volumétriques «eaux souterraines» / hebdo-mensuel Vérification de la localisation des ouvrages de prélèvement Ventilation des prélèvements au mois et à la semaine DDT / AELB

15 «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Chroniques de concentration en nappe Chroniques de concentrations en rivière

16 «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Modèle global de transfert des nitrates vers le eaux souterraines : BICHE (Thiéry D., 1990) ETR Pluie Application Besoin Azote Plante Minéralisation GARDENIA Résidus végétaux après récolte Concentration eau libre [C 1 ] Mélange [C 1 ] [C 2 ] Concentration eau liée [C 2 ] Concentration eau liée [C 3 ] Pluie efficace Concentration [C 1 ] Concentration eau libre [C 4 ] Ecoulement rapide Concentration [CR] Mélange [C 3 ] [C 4 ] Concentration dans la nappe [C] Ecoulement vers réservoir suivant Concentration [C 5 ] Concentration Concentration eau liée [C 6 ] eau libre [C 7 ] Mélange [C 6 ] [C 7 ] Ecoulement Lent Concentration [CL] Le premier réservoir ( ) est un réservoir par débordement. Les deux autres ( ) peuvent s écouler quelque soit la quantité d eau présente. Les sorties des simulations BICHE (eau et nitrate) sont les entrées MARTHE

17 «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Application Azote Besoin Plante Minéralisation Résidus végétaux après récolte Bilan simplifié = apports + minéralisation du sol ± minéralisation des résidus - besoins d entrée Rendements réels par type de culture Fertilisation par culture (dose et période d application) Période/pas de temps / annuel / date de fractionnement Traitement Calcul des besoins Extrapolation Détenteurs SEV, Coopérative agricole, CA (dans BAC/hors BAC) SEV, Coopérative agricole, CA (dans BAC/hors BAC) Minéralisation des sols - - BRGM (abaques) Minéralisation des résidus de culture - - BRGM (abaques), SEV (reliquats azotés)

18 Quelle échelle pour le bilan d azote BICHE? «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Un bilan d azote moyen à la surface de chaque maille basé sur des secteurs à comportements agricoles «homogènes» = ENTITE BICHE = GROUPE DE MAILLES Captage > 18

19 Quelle échelle pour le bilan d azote BICHE? «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Un bilan d azote moyen à la surface de chaque maille basé sur des secteurs à comportements agricoles «homogènes» = ENTITE BICHE = GROUPE DE MAILLES > 19

20 Quelle occupation du sol? «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 Exemple hors Deux-Sèvres (N. Sürdyk) d entrée Période/p as de temps Traitement Détenteurs Assolement et rotation Extrapolation SEV(Enquêtes terrain) Assolement et rotation RPS Explorer, SIG AgroParistech, BRGM

21 Quel découpage pour les entités BICHE? «flux d azote» Restitution des chroniques NO3 RPG, 2010 Réponse susceptible conditionnant la qualité du calage et en partie conditionnée par : Les types de systèmes agricoles (céréales/ elevage etc.) Vulnérabilité intrinsèque (gouffre, doline) Les zones d actions Re-Sources MAIS AUSSI Les scénarios de modifications de pratiques culturales envisagées en phase 2! Car les modifications interviendront PAR ENTITE BICHE

23 Scenarios de changement de pratiques agricoles Restitution des chroniques NO3 Scénario d entrée Période/pas de temps Détenteurs Evolution de l occupation des sols et/ou des pratiques de fertilisation Fertilisation par type de culture / date de fraction AgroParisTech/SEV/CA79 > autres scénarios : Quelles évolutions des pratiques de fertilisation par culture? Rendements par type de culture / annuel Idem ? Minéralisation des sols - BRGM (Abaques) Minéralisation des résidus de culture - BRGM (Abaques) Assolement et rotation / hebdomensuel BRGM/SEV > scénario test avec suppression des cultures sur une partie du BV AgroParisTech/SEV/CA79 > autres scénarios : Quelles évolutions plausibles de l occupation du sol?

24 Conclusions Enjeux Quantitatifs et qualitatifs qui appellent à la réflexion autour de la sécurisation quantitative et de la reconquête qualitative de la ressource en eau Besoin Disposer d un outil de gestion pour l évaluation des programmes/projets visant la ressource en eau Projet Développement d un modèle local couplé MARTHE-BICHE à partir d un modèle régional pour la simulation des transferts d azote sol/nappe

25 Conclusions Les collaborations reconnues comme la clé de voûte du projet SEV BRGM AgroParistech (P. Martin, UMR SAD- APT) à collecter et à spatialiser Coopératives agricoles Enquêtes terrain Chambre d agriculture Si les données de prélèvements sont bien renseignées, les données liées à la fertilisation sont plus «délicates». à acquérir et à spatialiser pour des raisons autres que techniques Elles ont aussi une antériorité d enregistrement généralement inférieure aux besoins du modèle