Contribution des eaux souterraines aux écoulements des masses d’eau Bassin Loire-Bretagne
Résumé
L’objectif de ce projet est de réaliser une approche novatrice en évaluant la contribution moyenne des eaux souterraines aux écoulements de surface, à l’échelle de l’ensemble des masses d’eau du bassin Loire-Bretagne.
Contexte de réalisation
Les relations entre les deux réservoirs que constituent d’une part les aquifères et d’autre part les eaux de surface sont complexes. En effet, ils peuvent être soit en prise directe (c’est le cas du karst), soit s’autoréguler l’un l’autre (cas des nappes alluviales et des zones humides) soit encore contribuer à l’amplification de phénomènes extrêmes (inondations). Même si leur fonctionnement et donc leur apport quantitatif est décalé notamment par rapport au phénomène de ruissellement, les eaux souterraines contribuent de manière importante, sinon exclusive, au soutien d’étiage des cours d’eau. En raison même de cette complémentarité, il est apparu nécessaire de quantifier la contribution moyenne des eaux souterraines aux eaux de surface, en réalisant cette étude pilote.
Carte de la contribution moyenne des eaux souterraines aux débits des rivières © BRGM
Objectif
Il s’agissait de tester, à l’échelle de l’ensemble des masses d’eau du bassin Loire-Bretagne, une approche novatrice permettant d’évaluer la contribution moyenne des eaux souterraines aux écoulements de surface.
Programme des travaux
Cette étude a été menée en plusieurs étapes :
•une approche qualitative, ultérieurement transposable à d’autres lieux du territoire, accompagnée de la définition d'une typologie ;
•une approche quantitative adaptée au contexte spécifique du bassin versant ;
•une classification typologique des bassins versants ;
•une évaluation du comportement des eaux souterraines dans leur contribution au débit et à la qualité des cours d’eau, avec un test sur le paramètre nitrates.
Elle s’appuie sur une combinaison de méthodes innovantes (IDPR : Indice de développement et de persistance des réseaux, et modélisations) relatives à la compréhension des mécanismes qui sont à l’origine des relations nappes-rivières.
Résultats obtenus
L’aboutissement de l’approche qualitative est une classification, selon 10 grands types, des bassins versants. Les premiers résultats de cette typologie des bassins versants à partir des paramètres spatiaux montrent :
•une meilleure différenciation du Massif armoricain en trois zones ;
•une distinction très nette de comportements entre les deux massifs anciens que sont le Massif armoricain et le Massif central ;
•des zones de transition entre le sédimentaire et le socle mieux appréhendées, avec des nuances sur certaines têtes de bassins versants ;
•et un domaine sédimentaire relativement homogène avec l’apparition de comportements spécifiques pour la nappe de la Beauce et le seuil du Poitou.
Pour la partie quantitative, 140 bassins versants répartis sur l’ensemble du Bassin Loire-Bretagne ont été modélisés grâce aux logiciels TEMPO et GARDENIA. Cette approche a permis d’estimer un pourcentage de "lent simulé" qui correspond à la contribution moyenne des eaux souterraines au débit de la rivière.
Ces données issues des modélisations ont été croisées avec les données qualitatives afin de rechercher des corrélations simples :
•pour le domaine sédimentaire, une relation entre l’IDPR et le lent simulé ;
•pour le domaine de socle, une relation entre le QMNA5 (valeur du débit mensuel d’étiage ayant la probabilité 1/5), le débit moyen et le lent simulé.
Ces relations ont finalement permis de calculer le pourcentage de contribution moyenne des eaux souterraines aux débits des rivières sur l’ensemble des bassins versants non modélisés, mais possédant une station de jaugeage, et ainsi de couvrir une grande portion de la zone d’étude.
Pour l’ensemble des bassins, l’étude menée a fourni des cartes qui permettent de mettre en évidence les zones les plus contributives, comme la Beauce, le seuil du Poitou, l’arc Jurassique, ou certains petits bassins versants volcaniques du Massif Central. A l’échelle du bassin Loire-Bretagne, les cartes de résultats calculés constituent des indicateurs de la contribution moyenne des eaux souterraines aux débits des rivières.
Les teneurs en nitrates dans les deux réservoirs (surface et souterrain) ont été comparées aux valeurs moyennes de contribution des eaux souterraines aux débits des eaux de surface. Ce travail a permis de montrer une bonne corrélation entre l’IDPR et les concentrations dans les eaux souterraines pour les bassins versants qui appartiennent au domaine sédimentaire.
Ce test sur les nitrates a également montré la complexité des phénomènes de transfert entre les deux réservoirs, avec des questions qui restent en suspens à ce niveau d’étude : connaissance du bruit de fond des nitrates, temps de transfert entre les deux réservoirs, impact des phénomènes qui se produisent entre le piézomètre et la rivière et rôle de la zone non saturée