Influence des pressions anthropiques sur l'évolution des concentrations en nitrates dans la nappe de la craie du Nord de la France : applications au Cambrésis et au nord Audomarois

Influence of anthropic pressures on the evolution of the nitrate concentrations in chalk ground water (North of France)

• Auteur / Autrice : Hani Serhal
• Direction : Henri Maillot, Daniel Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zone d'aération

Sols -- Teneur en nitrates

Eau -- Teneur en nitrates

Sols -- Saturation en eau

Cycle de l'azote

Eaux usées

Pollution agricole

Modèles mathématiques

Percolation dans les sols

Gestion des ressources en eau

Mots clés libres

Aquifères crayeux

Résumé

En France, les concentrations en nitrates observées dans les eaux souterraines dépassent assez fréquemment le seuil de potabilité fixé à 50 mg/l. L'agriculture constitue la source principale d'apport des nitrates. Les eaux usées domestiques, les rejets industriels contribuent aussi à l'augmentation de ces concentrations. Les recherches réalisées dans deux bassins versants de la nappe de la craie de la France du Nord : le nord Audomarois et le Cambrésis, m'ont permis de répondre à plusieurs interrogations : quels sont les taux de participations respectives de l'agriculture et de l'urbanisation à l'augmentation des concentrations en nitrates dans les eaux souterraines ? Quelle est l'évolution prévisible (jusqu'à 2020) de ces concentrations ? Les mesures adoptées (programme Ferti-Mieux et amélioration des rejets grâce aux stations d'épurations) peuvent-elles répondre à l'objectif fixé par la Directive Cadre Européenne (DCE) ? Quelles sont les captages d'eaux potables les plus menacés par l'évolution négative des teneurs en nitrates ? J'ai modélisé la transformation et le transfert des nitrates, issus des activités agricole et urbaine, dans la zone racinaire, dans la zone non-saturée et dans la zone saturée. J'ai réalisé ces modélisations à l'aide de quatre logiciels: AgriFlux, VS2DT, MODFLOW et MT3D. J'ai d'abord appliqué les modèles sur les parcelles de référence afin de tester et de caler les logiciels avant le passage à la modélisation à l'échelle du bassin versant. Puis j'ai effectué la modélisation à l'échelle des bassins versants en les découpant en mailles supposées homogènes. La recherche que j'ai réalisée sur le champ captant de Houlle et Moulle (nord Audomarois) consistait à quantifier les nitrates lessivés sous la zone racinaire.

La modélisation est basée sur des données réelles fournies par les enquêtes de terrain et les données du Recensement Général Agricole (RGA). Les communes de la zone d'étude sont classées en quatre types selon leurs pratiques culturales. A chaque type j'ai attribué une rotation culturale. La modélisation, qui a débuté en 1965, s'étend jusqu'en 2003 dans le but de mieux comprendre l'influence de la variation des pratiques culturales (rotation et fertilisation) sur la variation de la qualité de l'eau alimentant la nappe. La modélisation permet de démontrer que la mise en place du programme Ferti-Mieux a déjà, dans la plupart des cas, conduit à un abaissement significatif des concentrations en nitrates dans l'eau lessivée. Dans l'arrondissement de Cambrai, j'ai réalisé un modèle intégré permettant de modéliser la transformation et le transfert des nitrates en partant de la surface du sol jusqu'à la zone saturée. J'ai pris en compte l'impact des nitrates d'origine agricole ainsi que ceux provenant des agglomérations. Le suivi des fertilisations, l'augmentation du nombre de stations d'épurations urbaines et l'amélioration de leurs performances diminuent les apports nitratés de surface. Mais l'effet de ces améliorations sur la qualité, des eaux de la craie n'est pas partout synchrone. Les comparaisons entre les piézométries mesurées et celles calculées, ainsi que les comparaisons entre les concentrations en nitrates mesurées et celles calculées m'ont permis de caler correctement les modèles hydrodynamiques et hydrodispersifs dans la zone non-saturée et dans la zone saturée. J'ai ensuite pris des hypothèses les plus vraisemblables des intrants azotés jusqu'en 2020. Cette évolution prospective de la qualité de l'eau de la craie permet à la fin de répondre à l'un des objectifs de la DCE et aussi de permettre l'optimisation de la gestion de l'aquifère de l'arrondissement de Cambrai.