Les eaux souterraines de Poitou-Charentes : ETAT DES LIEUX EN QUANTITÉ ET EN QUALITÉ Francis BICHOT, BRGM NOM DE L AUTEUR 03 / 12 / 2013
Massif Armoricain Bassin de Paris La région Poitou- Charentes : une zone charnière entre 2 bassins et 2 massifs anciens Bassin Aquitain Massif Central Tertiaire -60 Ma Crétacé sup. -100 Ma Jurass. sup. Dogger Jurass. Inf. -200 Ma Socle -600 Ma 0 20 40 Kilomètres > 2
Aquifères 4 3 2 1 Crétacé Jurassique sup. Dogger Infra-Toarcien 4 3 1 4 3 2 > 3
Le réseau est dense sur les zones de socle et sur le Tertiaire, peu développé sur les calcaires du Secondaire => sur les calcaires les eaux de pluie s écoulent en souterrain > 4
En poitou-charentes, nous ne sommes pas dans un contexte de baisse du niveau de la nappe sur le long terme comme ci-contre à Bordeaux Mais dans un contexte de cycles recharge/vidange annuels (avec des conflits d usage en basses eaux) D où des modalités de gestion différentes > 5
Inertie forte Mais les nappes en Poitou- Charentes présentent des «inerties» plus ou moins importantes Inertie moyenne Inertie faible > 6
Période de recharge de s nappes Période de crue des nappes et rivières Le cycle annuel Période de vidange des nappes Période de recharge de la RU Sept Oct Nov Dec Jan Fev Mars Avr Mai Juin Juil Aout A la fin du mois d Août, les nappes et les rivières se trouvent à leur niveau le plus bas. Les premières pluies de la fin de l été et de l automne rechargent la Réserve Utile du sol (en moyenne 100 mm). Nappes et rivières ne réagissent pas à ces pluies. Au cours du mois de novembre, la nappe (courbe verte) se recharge progressivement. La rivière (courbe bleue) réagit peu aux pluies. Au cours de l hiver, les nappes sont pleines, les rivières réagissent très significativement aux pluies. Le niveau de la nappe peut aussi monter et redescendre très rapidement, comme c est le cas sur le graphe, traduisant l existence d une partie capacitive, qui emmagasine de l eau (sous le trait horizontal noir), et une partie supérieure de milieu fissuré qui se remplit et se vidange rapidement (au-dessus du trait). A partir du mois de mars la zone capacitive de la nappe se vidange progressivement et permet de soutenir l étiage de la rivière. > 7
Pour suivre le niveau des nappes : depuis 1992, le réseau régional à mesures journalières [CR/ORE]
Pour suivre le débit des rivières : le réseau régional à mesures journalières [LCPC/DREAL]
Pour suivre la qualité des nappes : le réseau régional [CR/Agences/BRGM].. auquel il faudrait ajouter les suivis de la qualité des cours d eau par les Agences de l eau
Nappe Nappe! Nappe Nappe 0 20 km
Contexte Les modèles Utilisation Retenues de substitution Perspectives le modèle Jurassique en Poitou-Charentes Visualisation 3D du modèle Poitiers Niort 8 couches dont 3 aquifères principaux : La Rochelle Bri Crétacé + recouvrement Jurassique sup. altéré Jurassique sup. non altéré Dogger Toarcien Infra-Toarcien Socle Angoulême
Cours d eau introduits dans le modèle Couplage nappes/rivières ~ 3 050 kilomètres de linéaire de cours d eau pris en compte > 13
Recharge des nappes et ruissellement : on utilise maintenant les mailles «SAFRAN» de 8km de coté [METEOFRANCE] > 14
Les prélèvements Les prélèvements : Environ 4200 forages agricoles- AEP- Industrielles 208 Mm 3 /an Difficultés : - Localisation des ouvrages - Aquifère capté - Ventilation des prélèvements aux mois Prélèvements dans cours d eau 50 Mm 3 /an les Lâchers de barrage : 7 barrages (6 Vendée + Touche-Poupard) Mailles de prélèvements souterrains Mailles de prélèvements de surface >15
Calage du modèle : régime transitoire Piézomètres 87 piézomètres utilisés >16
Le modèle du Crétacé des Charentes Formations superficielles Campanien 4,5 Campanien 1,2,3 et Santonien Coniacien Turonien Turonien Inf. et Cénomanien sup. Cénomanien moyen et inf. Cénomanien basal et Jurassique Sup. Caractéristiques principales : - Superficie au sol : 7900 km 2-8 couches géologiques - ~ 1 000 mètres de profondeur au maximum - ~45000 mailles actives - Maillage de 1000 m de côté 4 horizons aquifères : - Campanien 4,5 - Coniacien - Turonien - Cénomanien moyen et Inférieur 500 m 10000 m Vrai 3D (calcul sur les aquifères et les épontes) > 17
En plus d une faible ressource en été (pas de chaîne de montagne à l amont), les transferts karstiques font que certains bassins sont très déficitaires >18
Les aquifères sont très exploités, ce qui impacte les rivières en été, amplifiant les phénomènes naturels >19
Ne pas oublier les autres usages des eaux souterraines que sont la géothermie et le thermalisme Le potentiel géothermique basse température sur PAC Le potentiel géothermique basse à moyenne température Les stations thermales >20
Exemple du bassin DU CLAIN AVAL Impacts des prélèvements Sur la station hydrométrique du Clain au pont de St-Cyprien à Poitiers le débit est impacté par les prélèvements agricoles tout au long de l année, à hauteur de 1 m3/s en période d étiage sur certaines années. En terme d impact, ce sont les prélèvements dans la nappe du Dogger (400 à 600 l/s en été) qui contribuent le plus à cette baisse de débit suivi par les prélèvements en rivière (impact direct sur la période estivale ~100 l/s à 400 l/s selon les années), puis par ceux de l Infra Toarcien (~100 l/s) ; enfin, les prélèvements dans le Jurassique supérieur à l amont du bassin (Lezay) présente un impact surtout en hiver : ~50 l/s) (transfert via la nappe du Dogger). Le gain de débit moyen sur les années modélisées, au pont de St-Cyprien et sans prélèvement agricole, est estimé à 30% réparti comme suit : 15% Dogger, 10% prélèvements de surface et 5 % Infra-Toarcien. Enfin, pour 2005, année particulièrement sèche, le gain de débit sans prélèvement agricole aurait pu être de l ordre de 500 l/s faisant passer le débit du Clain de 800 l/s environ à 1,3 m3/s. Gain de débit en m 3 /s % de gain de débit 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Sans prélèvement de surface Sans prélèvement Jurassique sup. Sans prélèvement Dogger Sans prélèvement Infra-Toarcien Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Sans prélèvement Infra-Toarcien Sans prélèvement Dogger Sans prélèvement Jurassique sup. Sans prélèvement souterrain Sans prélèvement de surface Sans prélèvement (sout.+surf.)
Bilans et analyses par bassin versant Exemple de La Pallu
Bilans et analyses par bassin versant Utilisation : reconstitution des débits de rivière (octobre 2005) A sec 100 l/s 1000 l/s
Impact sur le débit des cours d eau avec et sans prélèvement Débits en m3/s 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 L'Autise 01/01/00 01/01/01 01/01/02 01/01/03 01/01/04 01/01/05 01/01/06 01/01/07 Avec prélèvements Sans prélèvements Débits en m3/s 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Le Curé 01/01/00 01/01/01 01/01/02 01/01/03 01/01/04 01/01/05 01/01/06 01/01/07 Avec prélèvements Sans prélèvements >24
des propositions pourraient être faites en matière de gestion quant aux limites de zone ou aux seuils pour les périodes d étiage comme pour les prélèvements hivernaux. En effet les prélèvements hivernaux pour remplir les retenues de substitution obligent à mettre en place des gestions hivernales. Pour chaque zone de gestion (et pour les nappes associées), l efficience de la solution retenues de substitution, avec prélèvements hivernaux en nappe, sera examinée à partir des études existantes. Il en est de même pour l impact de ces retenues sur les nappes et les rivières. Gain de débit en m 3 /s 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Janv. Fév. Mars Avril Mai Juin Juil. Août Sept. Oct. Nov. Déc. Sans prélèvement de surface Sans prélèvement Jurassique sup. Sans prélèvement Dogger Sans prélèvement Infra-Toarcien Exemple 1 : à proscrire le remplissage de retenues à partir de l Infra-Toarcien, à vérifier l impact pour un remplissage par la nappe du Dogger (-> action sur les périodes de remplissage) Exemple 2 : Modérer les prélèvements sur la nappe IT pour préserver l AEP
Tests des retenues de substitution sur la Boutonne Janvier 2005-100 l/s (~5000 l/s) -200 l/s (~6800 l/s) -500 l/s (~13000 l/s) -300 l/s (~8200 l/s)
Tests des retenues de substitution sur la Boutonne
Léger impact au cours de la période de remplissage Amélioration des débits des cours d eau en période d étiage
Changement Climatique Projet Explore 2070 - évolution des débits des cours d eau CHARENTE A VINDELLE Période de référence ( prélèvements 2006) 140 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 140 120 120 100 100 80 60 40 80 60 40 20 20 0 0 2041 2042 2043 2044 2045 2046 Débit (m 3 /s) 2047 2048 2049 2050 2051 2052 2053 2054 2055 2056 2057 2058 2059 2060 2061 2062 2063 2064 2065 2066 2067 2068 2069 2070 10 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 CHARENTE A VINDELLE Période de référence ( prélèvements 2006) 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 10 Evolution mensuelle du débit par rapport au débit de référence 9 9 8 8 7 7 Débit (m 3 /s) 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 0 0 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047 2048 2049 2050 2051 2052 2053 2054 2055 2056 2057 2058 2059 2060 2061 2062 2063 2064 2065 2066 2067 2068 2069 2070 Simulations prospectives (prélèvements 2006) MRI-CGCM2.3.2 GISS-MODEL-ER GFDL-CM2.1 GFDL-CM2.0 ECHAM5-MPI CCCMA-CGCM3 ARPV3 REFERENCE Min&Max-1961-1990
Un premier constat : plus de 410 captages pour l eau potable abandonnés en 30 ans essentiellement pour des problèmes de qualité des eaux > 30
Le réseau régional bilan 2012 > 31
Bilan 2012 : les nitrates Jurassique moyen : points libres 90 80 70 Nappes du Jurassique supérieur Nitrates en mg/l 60 50 40 30 20 10 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Nappes du Jurassique moyen [Dogger] > 32
Bilan 2012 : les nitrates Moyenne des teneurs en nitrates (avril/mai 2012) >50 mg/l De 40 à 50 mg/l De 20 à 40 mg/l De 10 à 20 mg/l <10 mg/l > 33
Les nitrates : Zoom sur le bassin de la Charente (avril 2009) Etat des lieux des premières nappes vis-à-vis des nitrates basé sur l analyse de 100 sources 80 06385X0003/HYD 70 60 Teneurs Nitrates mg/l 50 40 30 20 10 0 janv.-93 janv.-94 janv.-95 janv.-96 janv.-97 janv.-98 janv.-99 janv.-00 janv.-01 janv.-02 janv.-03 janv.-04 janv.-05 janv.-06 janv.-07 janv.-08 Date des concentrations qui remontent à plus de 20 ans > 34
Les nitrates : variabilité saisonnière (exemple de la source de St-Fraigne) Variabilité saisonnière : 30 < NO 3 - < 60 mg/l > 35
Le bassin versant d un captage pour l eau potable n est pas homogène Il conviendrait de faire des actions fortes sur les zones les plus vulnérables > 36
Bilan 2012 : les pesticides Exemple de la nappe du Dogger Exemple d un point suivi à la Rochefoucauld [karst de la Touvre] > 37
Les pesticides : zoom sur le bassin de la Charente, la Déséthylatrazine [DEA], avril 2011 Corrélation positive entre les concentrations actuelles et la pression maïs > 38
Les pesticides : zoom sur le bassin de la Charente, la Déséthylsimazine/deisopropyl atrazine, avril 2011 Corrélation positive entre les concentrations actuelles et la pression vigne > 39
Sur le plan quantitatif : En matière de quantité d eau, il n y a pas dans la région de problème sur le long terme, la ressource souterraine se renouvelant d une année sur l autre, en dehors des années exceptionnelles sans recharge hivernale comme 2004/2005. Mais il n y a pas non plus de réserves importantes dans les nappes pour alimenter suffisamment les rivières en été, d où d importants linéaires de cours d eau à sec. Cette situation naturellement déficitaire en été est amplifiée par les prélèvements en particulier pour l irrigation. Du fait de conflits d usage entre les prélèvements pour l agriculture, l alimentation en eau potable et le débit des rivières, il y a surexploitation de la ressource dans certains bassins ; d où la nécessité d avoir une gestion rigoureuse et fine de la ressource basée sur des objectifs en cohérence avec le fonctionnement des bassins versants. > 40
Une gestion «conjoncturelle» qui doit tenir compte des cycles annuels Paliers pour le remplissage des retenues en hiver Courbes pour la gestion de l irrigation en été > 41
En dehors de la gestion conjoncturelle, il est aussi important d envisager une gestion «structurelle» de la ressource pour ne pas d une part amplifier le déficit en eau (suppression de zones humides qui jouent le rôle «d éponge», suppression de seuils sans mesurer leur impact sur le stock d eau dans la nappe, drainage des terres ) et d autre part «améliorer» le cycle de l eau en conservant des stocks d eau pour l été (stockage artificiel, recharge artificielle des nappes, création de zones humides ). En résumé, comment utiliser au mieux le cycle de l eau > 42
Sur le plan qualitatif : La qualité des eaux, en particulier souterraines, apparait comme plus problématique que les aspects quantitatifs car les solutions éventuelles sont plus difficiles à mettre en œuvre. La ressource souterraine, globalement peu profonde, est très vulnérable aux pollutions. La qualité des eaux est le plus souvent (très) dégradée posant de gros problèmes à la production d eau potable, nécessitant soit des mélanges d eau (comme en Vienne entre la nappe du Dogger et celle de l Infra-Toarcien protégée), soit des traitements couteux. Réflexions sur les pratiques, communication vis-à-vis des exploitants agricoles, actions renforcées sur les zones les plus vulnérables sont autant de pistes à explorer ou à renforcer [programmes Re Sources en particulier]. > 43
Sur le plan scientifique, des programmes en cours en partenariat ont pour objectif la modélisation des transferts d azote du sol vers les nappes et rivières, comme en particulier avec IRSTEA et l AEAG sur le bassin de la Charente (travail en cours sur le bv de la Boutonne). Objectifs : Coupler deux modèles conceptuellement différents pour modéliser les concentrations en nitrates dans l environnement Outils : SWAT (IRSTEA) modèle global agronomique semi-spacialisé bénéficie de l expertise IRSTEA sur les pratiques agricoles et la caractérisation des sols MARTHE (BRGM) modèle maillé hydrodynamique spacialisé bénéficie de l expertise BRGM sur la modélisation hydrodynamique et hydrodispersive > 44
Pour en savoir plus : Sigespoc.brgm.fr Merci de votre attention > 45