Vulnérabilités et protection des eaux souterraines

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1 Vulnérabilités et protection A. Dassargues Prof. ULg 14/10/2005 Vulnérabilités et protection des eaux souterraines Introduction / Importance des enjeux Eaux souterraines en Wallonie, avantages/désavantages Sources de contaminations Processus de contaminations Démarche générale de protection Risque = Aléa x Vulnérabilité Méthodes empiriques Critères objectifs et physiques Exemple Terug Hydrogéologie naar eerste pagina et Géologie de l Environnement Introduction / Importance des Eaux souterraines Eaux souterraines en Wallonie Eaux souterraines = plus de 70 % de l approvisionnement en Belgique ( 81 % Wallonie et Bruxelles; environ 60 % Flandre) Hydrogéologie = branche de l'hydrologie qui traite de l'eau souterraine en tenant compte des conditions géologiques Grande évolution récente dans les méthodologies et techniques appliquées pour pouvoir fournir des réponses quantifiées concernant les aspects: quantité qualité (Observatoire des Eaux Souterraines, DGRNE, Ministère de la Région Wallonne, 2002) Avantages : une meilleure protection contre les contaminations une température quasi-constante une courte distance entre lieu de production et lieu de consommation une réponse à la demande très constante dans le temps et des maxima et minima différés par rapport à la pluviométrie auto-épuration et retards de propagation des contaminations dans le sous-sol par des processus bio-géo-physico-chimiques Désavantages : coûts de pompages et de captages incertitudes liées à l hétérogénéité mal connue du sous-sol et récupération partielle substances dissoutes en plus grand nombre et en plus grandes quantités protection coûteuse et hasardeuse des eaux les plus vulnérables assainissement et des sites contaminés: très onéreux et long Enjeux importants ( Key issues ) : descente et montée des niveaux dans les nappes gestion des accès et de l utilisation salinisations et contaminations cartographies de la vulnérabilité et des zones de protection 1

2 Sources de contaminations Sources de contaminations des eaux souterraines (d après Sustainable use of groundwater: Problems and Threats in the European Communities, Ministerseminar, nov.1991, Den Haag) (d après Press & Siever, 2000, modified from US EPA) Etude des processus de transport et des réactions biophysico-chimiques des contaminants en milieu souterrain variablement saturé, poreux et fissuré Caractérisation et optimisation de l'assainissement des sites contaminés Mesures in situ, monitoring, modélisation de la contamination et simulations de différents scénarios d assainissement. Méthodologies de cartographie de la vulnérabilité des nappes aquifères 2

3 Contamination par un produit partiellement miscible et moins dense que l eau Contamination par un produit partiellement miscible et plus dense que l eau LNAPL Surface du sol DNAPL Surface du sol Surface libre de l aquifère Zone partiellement saturée produit NAPL gaz de produit NAPL Surface libre de l aquifère Zone partiellement saturée produit NAPL gaz du produit NAPL eau - NAPL dissous eau + NAPL eau - NAPL dissous Eau Direction de l écoulement Eau Direction d écoulement Zone saturée Zone saturée Couche peu perméable Couche peu perméable Protection Anthropique Prévention Zones de prévention Naturelle Réaction du milieu Atténuation Vulnérabilité Démarche générale de protection Vulnérabilité Vulnérabilité intrinsèque Zones de prévention Vulnérabilité spécifique (dépend définition généralement des propriétés spécifiques d un basée sur un critère, essentiellement le temps contaminant ou d un groupe de de transfert en zone contaminants) saturée, ce qui permet Risque = Aléa (naturel et/ou d utiliser des équations induit) x Vulnérabilité du territoire basées sur des lois qu il affecte physiques; définition relative l objectif de protection est une source, un captage prise en compte, en général, de d eau; tout le bassin, depuis la surface adaptées plutôt à des du sol jusqu à l aquifère ou la pollutions ponctuelles source (accidentelles) MAIS : empirisme des méthodes (ex:v=w 1 F 1 +w 2 F 2 + +w n F n ) Risque = Aléa (danger) x Vulnérabilité Exemples de méthodes empiriques DRASTIC Method (Aller et al., 1987)» Depth to water» Net Recharge» Aquifer media» Soil media» Topography» Impact of the vadose zone» Hydraulic Conductivity Rating 1, 2,,..., 10 D i = Σ 7 j=1 (R j x W j ) DRASTIC Pesticide DRASTIC Weighting

4 Land-use EPIK Method (Doerfliger and Zwahlen 1997) Topographic Epikarstfeatures Geological Soils Vulnérabilité ou des captages? «The Origin-Pathway-Target Model» Surface-runoff coeff.& Vegetation-cover type Control & Digital terrain model Slope OVERLAY PROCEDURE Infiltration-conditionsrate (I) Geomorphological Epikarst-rate (E) Aquifer-lithology Karst-network (K) WEIGHTING OVERLAY PROCEDURE V i = ( E i ) + ( P i ) + ( I i ) + ( K i ) Vulnerability index (V i ) Control, analysis & interpretation RECLASSIFICATION Protective-coverrate (P) origin of a potential contamination: land-surface R E S O U R C E 1 st pathway: unsaturated zone 1 st target: groundwater surface 2 nd pathway: aquifer S O U R C E 2 nd target: spring/well FINAL VULNERABILITY MAP Evaluation de la vulnérabilité : critères objectifs et phénoménologiques Méthode rigoureuse de détermination de la vulnérabilité Terug Hydrogéologie naar eerste pagina et Géologie de l Environnement Méthode rigoureuse de détermination de la vulnérabilité Evaluation de la vulnérabilité Concept 4

5 Carte des classes de temps de transfert jusqu à la nappe aquifère Carte des classes de durée de la contamination au niveau de la nappe aquifère Carte des classes d atténuation des concentrations une carte de vulnérabilité «unique» peut être obtenue par combinaison des trois critères à l aide d une analyse multicritère. L indice final de vulnérabilité est : V Vt V * c V d établis par aide multicritère à la décision, avec la contrainte : 1 une carte de vulnérabilité «unique» : exemple - Vulnérabilité : évaluation et cartographie, par une méthodologie qui repose sur les principes physiques gouvernant la mobilité de l eau et des polluants dans le sol et le sous-sol. - Les résultats sont clairs, validables et peuvent être directement exploités en pratique, dans le cadre de la planification et la gestion du territoire - Cartographie de la vulnérabilité des ressources en eaux souterraines: complémentaire avec détermination des zones de protection des captages - Première condition: caractérisation détaillée des conditions s locales Merci! 5