Modélisation agro-hydrologique des transferts de nitrates à l'échelle des bassins versants agricoles gascons

par Sylvain Ferrant

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail a eu comme objectif de comprendre et quantifier les transferts d'azote agricoles dans les rivières des bassins versants Gascons, afin d'évaluer l'efficacité de scénarii agricoles sur la teneur en azote nitrique des rivières. Un protocole de mesure en continue dans le petit bassin versant agricole d'Auradé (Gers, Sud-Ouest de la France) de 3. 3km2 a été mis en place pour mesurer la variabilité de la teneur en nitrate. Les variations infra-journalières des concentrations lors d'évènements de crue sont fortes, les flux correspondant sont importants a�� l'e��chelle annuelle. L'approche de modélisation à base physique du bassin versant d'auradé a ensuite été envisagée pour calculer les bilans hydriques et agronomiques de ce type de bassin. Deux modèles de bassin versant ont été choisis : TNT2, entièrement distribué, adapté aux petits bassins versants à nappe superficielle, SWAT, semi distribué, développé pour de plus larges bassins versants. Leur utilisation a permis de : - montrer qu'aucun n'est capable de prédire l'intensité journalière des flux d'azote nitrique observée dans la rivière en période de crue, même si l'approche de SWAT est mieux adaptée pour simuler les transferts rapides - simuler un bilan d'eau et d'azote proche pour les deux modèles mais avec des processus simulés opposés - montrer l'importance de la simulation de la dénitrification et de la minéralisation pour conclure sur la capacité des modèles à reproduire la réalité. TNT2 a été jugé plus adapté pour simuler des scénarios agricoles imaginés ou déjà implantés sur le bassin versant d'Auradé. Les résultats de simulation montrent que les mesures agro-environnementales implantées auraient eu une efficacité de 16% de diminution des flux d'azote nitrique annuels à l'exutoire, à laquelle s'ajouterait encore 18% de diminution en cas d'implantation de Culture Intermédiaire de Piège à Nitrate. Le paramétrage global de SWAT sur la Save, bassin versant de 1110km2 contenant le bassin d'Auradé, a ensuite été modifié pour le contexte agro-pédologique d'Auradé, représentant 25% de la surface du bassin de la Save. Les paramètres hydrologiques majeurs calibrés sur le bassin d'Auradé sont transposés sur cette surface. L'amélioration des prédictions à l'exutoire de la Save est significative, et montre la contribution importante de ces zones aux débits à l'exutoire de la Save lors de certains évènements pluvieux. Une meilleure prise en compte de l'occupation du sol est à envisager pour améliorer ces prédictions.

  • Titre traduit

    Modelling nitrate transfert in agricultural catchment of Gascogne region using agro-hydrological models


  • Résumé

    The present work aimed to assess nitrogen trasfer and transformation in stream of agricultural catchment of Gascogne region, in order to evaluate agricultural practices change to decrease nitrate river contamination. A continuous in situ sampling protocol was used at the outlet of the small agricultural catchment in Auradé (3. 3 km2 in Gers district, South-West of France) to measure the fine temporal variation of nitrate concentration. Infra-daily high variations of concentrations have been observed during flood events, the high concentrations explain a significative part of annual nitrogen loads during these hydrological events. The spatially, physically based modelling approach of the Auradé catchment has then been used to evaluate water and nitrogen balance at the small catchment scale. Two catchment models have been chosen : TNT2, whitch is fully distributed and developped for small catchment with shallow groundwater, and SWAT, semi-distributed and developped for larger catchment. The use of both models permits to : - show that both of them failed to simulate accurately the daily nitrogen losses intensity in river observed during flood events, even if modelling approach of SWAT is more adapted to simulate processes involved - simulate a same global water and nitrogen balance with opposing simulated processes - show the main influence of mineralisation and denitrification dynamic simulated to conclued on ability of models to represent reality. TNT2 has been evaluated to be more adapted to simulate agricultural changes designed or already implemented in Auradé catchment. Results of this virtual experimentation show that agricultural changes already implemented would have decresed for 16% the annual nitrogen losses, and that if catch crop had been implemented, nitrogen losses would have decrease of 18% more. SWAT has after been calibrated at the larger scale of the Save catchment of 1110km2 whitch include Auradé catchment. The global parametrisation has been modified for the agro-pedological context of Auradé catchment, context area whitch represent 25% of the total Save catchment area. Major hydrological parameters calibrated on Auradé catchment has been used for calibrating this area. The increase of discharge prediction quality is significative and show the contribution of these areas to daily discharge at the Save catchment outletduring some rainy events. Predictions of water and nitrogen concentration may be improved in taking land cover spatialisation into account.

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  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 161-186

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  • Cote : 2009TOU30271
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