Vulnérabilité des eaux souterraines

L'étude des sols

La pédologie est la science qui étudie la formation et l’évolution des sols ainsi que sa caractérisation et sa distribution dans l’espace. Les caractéristiques pédologiques du sol (nature, texture, épaisseur, perméabilité , …) sont un des paramètres pris en compte pour étudier la vulnérabilité des nappes d’eau souterraines sous-jacentes.

« Le sol, un milieu pourtant juste sous nos pieds, reste peu connu et donc peu considéré.
A l’interface avec l’air, l’eau, les organismes vivants, il est trop souvent perçu comme acquis, alors qu’il est en réalité faiblement renouvelable. Or les multiples fonctions qu’il occupe illustrent son importance : production d’aliments et de biomasse, stockage, filtration et transformation d’éléments, habitat, environnement physique et culturel, etc.
Le sol est donc un véritable capital qu’il faut apprendre à gérer. En effet, cette ressource naturelle, essentielle et fragile est soumise à de multiples pressions, souvent peu perceptibles. »
Extrait de l’édito du site Sols de Bretagne (Institut Agro)

Le Programme Sols de Bretagne (2005-2011)

Le Programme Sols de Bretagne (2005-2011) a permis de réaliser l’inventaire exhaustif des sols de la région, restitué sous la forme d’une carte associée à une base de données spatialisée, et la mise en œuvre d'un dispositif de surveillance de la qualité de ces sols.

Ce programme, coordonné par l'Institut Agro (AgroCampus Ouest) avec le soutien de l'INRAE, a été financé par les collectivités territoriales bretonnes (Région et départements) et l’Etat (GIS-SOL). De nombreux organismes ont apporté leur concours technique et scientifique (Chambres d’agriculture, UMR Ecobio Université de Rennes 1/CNRS, laboratoire COSTEL (Climat Occupation du Sol par TELédetection), INRAE, BRGM , …).

L’échelle de travail pour la réalisation du Référentiel Régional Pédologique (RRP) est le 1/250 000.

Les données géologiques sont essentielles pour connaître l’origine et les propriétés des matériaux du sol, notamment les formations superficielles (en particulier les limons éoliens et les altérites ). Ainsi, la carte géologique de la Bretagne au 1/250 000 du BRGM a été utilisée pour l’élaboration de l’inventaire et de la cartographie des pédopaysages dans le cadre du Programme Sols de Bretagne.

Les données du programme sont visualisables via le portail cartographique Cartes des sols de Bretagne 2.0.

Notions de base

Le risque de pollution résulte du croisement d’un ou plusieurs aléas et d’un ou de plusieurs enjeux :
R(isque) = A(léa) x E(njeux)

Un aléa suppose une approche probabiliste ; il s’agit de l’application d’un stress, (action polluante par exemple) sur un point, un axe ou un espace plus ou moins vulnérable du milieu naturel au regard des eaux souterraines.
Les enjeux représentent la cible qui ne doit pas être atteinte par les effets du stress sur le milieu naturel.

La vulnérabilité est représentée par la capacité donnée à l’eau située en surface de rejoindre le milieu souterrain saturé en eau. La notion de vulnérabilité repose sur l’idée que le milieu physique en relation avec la nappe d’eau souterraine procure un degré plus ou moins élevé de protection vis-à-vis des pollutions suivant les caractéristiques de ce milieu. Dans la littérature, on distingue deux types de vulnérabilité ; la vulnérabilité intrinsèque et la vulnérabilité spécifique (Schnebelen et al., 2002) :

• la vulnérabilité intrinsèque est le terme utilisé pour représenter les caractéristiques du milieu naturel qui déterminent la sensibilité des eaux souterraines à la pollution par les activités humaines ;
• la vulnérabilité spécifique est le terme utilisé pour définir la vulnérabilité d’une eau souterraine à un polluant particulier ou à un groupe de polluants. Elle prend en compte les propriétés des polluants et leurs relations avec les divers composants de la vulnérabilité intrinsèque.

La distinction des deux types de vulnérabilité est nécessaire car, d’une façon générale, elles ne se placent pas sur la même échelle d’investigation : la vulnérabilité intrinsèque peut être considérée comme invariante dans le temps (échelle de travail) alors que la vulnérabilité spécifique (directement liée aux polluants éventuels) est évolutive et ne caractérise qu’un instant précis.

La zone non saturée ( ZNS ) est la zone du sous-sol comprise entre la surface du sol et la surface d’une nappe d’eau souterraine libre. A cet endroit, la quantité d’eau gravitaire est temporaire, en transit. Le transfert des polluants dans le sol s’effectue d’abord à travers la zone non saturée ( ZNS ) avant d’atteindre la zone saturée ( nappe ).

Définition de l'Indice de Développement et de Persistance des Réseaux ( IDPR )

L’ IDPR découle de l’observation suivante : l’organisation du réseau hydrographique est dépendante des formations géologiques qui le supportent. Dans l’hypothèse d’un milieu parfaitement homogène, seule la pente et la morphologie des reliefs guident la mise en place des cours d’eau. Or dans le milieu naturel, les structures géologiques et la composition lithologique du sous-sol ont une influence significative sur l’établissement des réseaux hydrographiques. En effet, la nature des surfaces des bassins a un rôle primordial sur le comportement hydrologique de ceux-ci. Les paramètres qui interviennent sont la lithologie, la pédologie et la couverture végétale. Ces paramètres influencent grandement la perméabilité et la rugosité de la surface, qui conditionnent à leur tour la vitesse du ruissellement et le rapport de l’écoulement sur l’infiltration, appelé aussi coefficient d’écoulement. La densité de drainage est donc un indicateur révélateur des propriétés des formations géologiques. Un bassin formé de matériaux très perméables aura en général une densité de drainage faible. A l’inverse, un bassin formé de roches imperméables mais meubles et érodables, comme des marnes ou des argiles, va souvent présenter une densité de drainage élevée. L’ IDPR devient ainsi le moyen de quantifier ce rôle en comparant un réseau théorique établi selon l’hypothèse d’un milieu parfaitement homogène (indice de développement ID) au réseau naturel mis en place sous le contrôle d’un contexte géologique hétérogène (de persistance des réseaux PR). L’indice de développement et de persistance des réseaux présente une métrologie de l’écart constaté entre les deux réseaux.

La cartographie IDPR est accessible sur l’Espace cartographique, à l’échelle 1/50 000.

L’analyse de la vulnérabilité intrinsèque simplifiée développée par le BRGM , repose sur la combinaison de 2 paramètres :

• l’épaisseur de la Zone Non Saturée ( ZNS ), déduite par soustraction entre la topographie (MNT - Modèle Numérique de Terrain au pas de 50 m) et la cartographie des niveaux moyens des eaux souterraines des premières nappes rencontrées (tri statistique de 30 000 relevés de points d’eau référencés dans la BSS – Banque de Données du Sous-Sol, incertitude +/- 5 mètres).
• l’Indice de Développement et de Persistance des Réseaux ( IDPR ), mis en œuvre à l’échelle nationale par le BRGM , qualifie l’aptitude des terrains à laisser infiltrer ou ruisseler les eaux de surface. Il est calculé à partir de la BD CARTHAGE® pour la prise en compte du réseau hydrologique naturel (état et type d’écoulements, nature des axes hydrographiques) et du MNT pour définir le réseau théorique des écoulements par l’analyse des talwegs. Sur le principe que l’organisation du réseau hydrographique est dépendant des formations géologiques (lithologie, structure) qui le supportent, la densité de drainage est révélatrice des formations et permet la substitution des données liées à la perméabilité des sols et sous-sol. 

5 classes de vulnérabilité intrinsèque simplifiée ont été définies :

• faible à nulle,
• faible,
• moyenne,
• forte,
• très forte.

L’échelle d’exploitation de la carte de vulnérabilité intrinsèque est le 1/100 000.

Aucune étude de ce type n’a été réalisée sur la région Bretagne. Seule une étude BRGM de la contribution des eaux souterraines aux écoulements totaux des masses d’eau de surface, utilisant la méthodologie IDPR , a été réalisée sur le bassin Loire-Bretagne en 2010.

Qu’est-ce qu’une zone vulnérable nitrates ?

Définition (d’après le SANDRE )

Une zone vulnérable est une partie du territoire où la pollution des eaux par le rejet direct ou indirect de nitrates d’origine agricole et d’autres composés azotés susceptibles de se transformer en nitrates, menace à court terme la qualité des milieux aquatiques et plus particulièrement l’alimentation en eau potable.

Sont désignées comme zones vulnérables les zones où :

• les eaux douces superficielles et souterraines, notamment celles destinées à l’alimentation en eau potable, ont ou risquent d’avoir une teneur en nitrates supérieure à 50 mg/l ;
• les eaux des estuaires, les eaux côtières ou marines et les eaux douces superficielles qui ont subi ou montrent une tendance à l’eutrophisation susceptible d’être combattue de manière efficace par une réduction des apports en azote.
   

Dans ces zones, les agriculteurs doivent respecter un programme d’action qui comporte des prescriptions à la gestion de la fertilisation azotée et de l’interculture par zone vulnérable que doivent respecter l’ensemble des agriculteurs de la zone . Il est construit en concertation avec tous les acteurs concernés, sur la base d’un diagnostic local, pour une durée de 4 ans.

En dehors des zones vulnérables, un code des bonnes pratiques agricoles, établi au niveau national, est d’application volontaire.

Les textes réglementaires

La délimitation des zones vulnérables à la pollution par les nitrates d’origine agricole a été réalisée en application du décret n°93-1038 du 27 août 1993 qui transcrit en droit français la directive « nitrates » n°91/676/CEE.

La première délimitation achevée en juillet 1997 a été révisée une fois en mai 2000, une seconde fois en mars 2003 puis une troisième fois en 2007 (présente délimitation). La délimitation des zones est préparée dans chaque département, puis fait l’objet d’un arrêté du préfet coordonnateur de bassin .

Les zones vulnérables en Bretagne

L’intégralité de la région Bretagne est classée en zone vulnérable nitrates depuis 1994 et est donc concernée par les obligations du programme d’action. Des programmes d'actions régionaux successifs ont été mis en place et sont consultables sur le site de la DREAL Bretagne.