Analyse de la variabilité fonctionnelle de la plaine alluviale de la Seine et modélisation des transferts de nitrates

Titre
Publication TypeThesis
Year of Publication1997
AuthorsGreiner, I
UniversityUniversité Pierre et Marie Curie - Paris VI
Thesis TypemastersPhD Thesis
Abstract

Ce travail de thèse s’inscrit dans la problématique du groupe de recherche"Corridor Fluvial" du programme PIREN-Seine du CNRS dont le but est d’analyser et de modéliser le fonctionnement des systèmes fluviaux anthropisés.

Les zones alluviales constituent des interfaces entre les coteaux et les fleuves qui les drainent.Elles sont marquées par une forte hétérogénéité qui provient de facteurs naturels : dynamique de la zone de méandrage, nature et mise en place des sédiments, topographie, structure des écoulements, profondeur de la nappe, durée et intensité des submersions par débordement des rivières ou remontée des eaux souterraines. Elle peut aussi être accentuée ou réduite par diverses actions anthropiques : aménagements hydrauliques (régulation ou protection contre les crues), occupation du sol, extraction d’alluvions.

Alors que la plupart des études concernant l’impact des zones humides riveraines sur les flux d’azote ont porté jusqu’à présent sur des milieux de superficie limitée et de structure relativement homogène, l’objectif de ce travail était d’analyser les capacités fonctionnelles d’une mosa{\"ıque de milieux alluviaux couvrant 100 km2 et constituant un secteur d’interface avec la Seine de 42 km.

La mise en place d’un dispositif de 90 piézomètres a permis de mettre en évidence une forte variabilité spatio-temporelle des caractéristiques physico-chimiques des eaux souterraines qui transitent dans l’ensemble de la zone. Selon les secteurs, on observe une absence constante de de nitrates, leur disparition la majeure partie de l’année mais avec l’apparition de pics printaniers, un maintien des concentrations entre 10 et mgNO3/l ou, en certains points, des teneurs toujours nettement supérieures à 25 mgNO3/l. L’analyse des différents facteurs montre que la rétention et l’élimination des nitrates sont conditionnées par la vitesse d’écoulement de la nappe, la présence de lentilles argileuses réduisant la diffusion de l’oxygène, le maintien de la nappe dans les horizons superficiels riches en matière organique, la présence de boisements naturels ou de peupleraies. Les zones les moins favorables, souvent situées en pied de coteau, sont celles qui présentent une nappe plus profonde, bien oxygénée et généralement sous des sols cultivés.

La modélisation couplée des écoulements et du transfert des nitrates a été nécessaire afin de rendre compte de la variabilité spatio-temporelle des paramètres mesurés et des échanges entre les aquifères de la craie et des alluvions. Nous avons réalisé pour cela un modèle "sol" qui a permis de calculer les flux d’eau et de nitrates injectés dans les eaux souterraines. Le transport du polluant a ensuite été simulé grâce au code de calcul NEWSAM, développé au Centre d’Informatique Géologique de l’Ecole des Mines de Paris.

Notre objectif était de mettre en évidence la part de certains processus impliqués dans la réduction des teneurs en nitrates dans la vallée (dilution, drainage et prélèvement par la végétation). Dans un premier temps, une bonne reproduction des écoulements, vecteurs de la pollution nitratée issue principalement des coteaux, a été indispensable pour obtenir une répartition des concentrations en nitrates dans la vallée par simple processus de transport et de drainage par les cours d’eau. La prise en compte de l’occupation des sols dans la vallée a ensuite permis l’introduction localisée de termes "source" de nitrates (zones agricoles) et "puits" (zones boisées). Les résultats montrent que l’apport de la modélisation est tout à fait intéressant car seule cette démarche a permis d’observer la répartition des concentrations en nitrates conditionnée par les processus de transport comme la dilution et les sorties par les cours d’eau.