Cartographie de la vulnérabilité des aquifères karstiques

en vue de la délimitation des périmètres de protection

Paysages karstiques et

activités anthropiques

A l’initiative de la DIREN FrancheComté, le BRGM a développé uneméthode de cartographie multi-critère de la vulnérabilité desaquifères karstiques. Cet outil estdéveloppé dans le but de servird’outil de base pour leshydrogéologues praticiens ainsique pour les hydrogéologuesagréés. Cet outil doit leur servirde base pour délimiter lespérimètres de protection descaptages en milieu karstique.

> De nombreuses démarches échouent, lespérimètres proposés non retenus oudéclassés en périmètre éloigné s’appliquantà la totalité du bassin d’alimentation. Denombreuses DUP pour des captages enmilieu karstique font également défaut. Leseaux issues des systèmes karstiques sontvulnérables et nécessitent une vigilanceparticulière, ainsi que des outils adaptéspour délimiter les périmètres de protection.

> La méthode a été développée dans lecadre des actions de service public duBRGM (PSP03FRC09). Elle a étéappliquée à deux bassins d’alimentation desources karstiques, à savoir le bassin de lasource d’Arcier (> 100km²) et le bassin dela source de Crépôt à Uzelle (< 5 km²). Uneévaluation économique des contraintesliées aux périmètres de protection aégalement été menée sur les périmètres deprotection en vigueur pour la sourced’Arcier. L’approche préconisée peut êtretransposable à d’autres cas.

> Les aquifères karstiques constituent desressources importantes en Franche Comté,occupant de grandes surfaces. Le Jura ausens géographique du terme comprendplusieurs systèmes karstiques offrant despotentialités importantes tels que lessystèmes du Doubs-Loue, de l’AinPapeterie ou encore de la source d’Arcieralimentant la ville de Besançon. Plus de1000 sources issues des plateaux calcairessont captées pour l’alimentation en eaupotable de nombreuses collectivités.

> La délimitation des périmètres deprotection des captages d’eau potable enmilieu karstique pose un certain nombre deproblèmes aux hydrogéologues agréés etaux administrations.

Développement d’outil s’ap-puyant sur les résultats destravaux de recherche du BRGMconcernant la structure et lefonctionnement des aquifèreskarstiques.

> Spécificités des aquifères karstiquesLes aquifères karstiques résultent duprocessus de la karstification ; ils possèdentune morphologie spécifique que ce soit auniveau de la surface avec la présence dedolines, de vallées sèches, de lapiez, degouffre ou au niveau interne du massifcarbonaté avec des réseaux de conduits(cavités, grottes, siphons, …).Ils possèdent les caractéristiquessuivantes :> alimentation diffuse à l’échelle du bassind’alimentation et alimentation ponctuelle auniveau de pertes de cours d’eau> existence de vitesses d’écoulementsouterrain très importantes (quelquescentaines de m/h)> crues importantes et soudaines, de forteintensité, suivie d’une décrue rapide et d’unlong tarissement> stockage temporaire au niveau d’unépikarst, zone sous-cutanée dans la partiesupérieure d’un massif carbonaté,constituant un aquifère temporaire perché,discontinu, se vidangeant rapidement auprofit de vides connectés à des puitsverticaux ou lentement au profit de fissuresdans la roche.

Janvier 2005

Représentation schématique d ’un aquifère karstique

Réseau actif

Réseau Fossile

Perte

Lac éphémèreAven

Relief ruiniformeChamp de lapiazDoline

Source detrop-plein

Source karstique

Grotte

Canyon

Epikarst

Sol

Zon

e d

’infil

trat

ion

Zon

e no

yée

Calliscope

Calliscope ® ® - - 1999

La méthode de cartographie à index avec pondération des critères a été retenue à partird’une étude bibliographique sur le sujet. La méthode retenue s’inspire de la méthodesuisse EPIK et de la méthode RISKE, dérivée de cette dernière, en raison de leurspécificité envers les aquifères karstiques.

4 critères caractéristiques du fonctionnement et de la structure des aquifères karstiquesont été retenus :

- R pour la roche aquifère

- I pour les conditions d’infiltration

- S pour le sol et la couverture protectrice

- K pour le degré de développement de la karstification.

METHODE de cartographie de la vulnérabilitéRISK – une méthode multicritère

Réservoir aquifèreInfiltration

KarstificationSol

Carte de vulnérabilité

Définition de la vulnérabilitéLa vulnérabilité intrinsèque est définiecomme étant le terme utilisé pourreprésenter les caractéristiques géologiqueset hydrogéologiques naturelles quidéterminent la sensibilité des eauxsouterraines à la contamination par lesactivités anthropiques. C’est une propriétégénérale, non mesurable et sans dimension.

Principe de la méthode

5 étapes essentielles pour appliquer la méthode :> cartographie de chaque critère au 1/25 000 ou1/50 000 suivant les données disponibles. Chaquecritère est subdivisé en classes matérialisées par unindice allant de 0 à 4. Les classes sont définies pourchaque critère de manière spécifique.> Discrétisation des cartes obtenues au pas de 50mou 25m (maille régulière de 50x50 ou 25X25 ; la taillede la maille est notamment guidée par le pas duModèle Numérique de Terrain)> Calcul de l’indice de vulnérabilité global enchaque maille. L’indice de classe de chaque critère estmultiplié par un facteur de pondération du critèreconsidéré ; le poids est plus important pour le critère leplus sensible vis-à-vis de la vulnérabilité. Les valeursobtenues sont ensuite additionnées.> Régionalisation : la valeur de l’indice est subdiviséeen 5 classes de vulnérabilité régulières traduisant lasensibilité relative du milieu.> Vérification : confrontation de la carte devulnérabilité avec les cartes des critères afin de vérifierqu’il n’y ait pas d’incohérence flagrante.

2

> Évaluation économique descontraintes des périmètres de protection

L’évaluation du coût de la mise en œuvredes périmètres de protection peut êtreconsidérée comme un critère d’aide à ladécision pour la sélection finale despérimètres de protection. Cette évaluationpeut être efficace pour comparer différentesoptions de délimitation (option deprécaution, option minimaliste, ….) oud’opportunité d’instaurer certainesprescriptions au regard des coûts associésqu’elles généreraient.

L’évaluation des coûts des contraintes liéesaux périmètres ainsi que des coûts desétudes préalables nécessite de mettre enœuvre la démarche suivante :

> construction d’une matrice desprescriptions pour les différents types depérimètres de protection

> identification et évaluation des coûtsassociés

> identification et évaluation des coûts nondirectement liés aux prescriptions (coûtsdes études préalables, coûts notariés etd’inscription aux hypothèques, programmed’action spécifique (ex phytosanitaire), ….)

> agrégation des coûts.

Cette évaluation doit être faite par deséconomistes, mais est tout à faitcompréhensible pour tout non spécialiste.Pour ce faire, quelques éléments dedéfinitions sont rappelés ici. Ils peuventservir de base pour définir un cahier descharges pour une étude spécifique.

Janiver 2005

“ Les coûts sont l’ensemble des dépenses monétaires et nonmonétaires nécessaires à la mise en œuvre des ressourcesdiverses en vue de l’obtention d’un produit spécifique. Parmiles éléments non monétaires, on compte le recours auxmesures non réglementaires, les inconvénients subits parautrui ou la dégradation du milieu environnant et les coûtsd’opportunité qui indiquent les avantages qu’un autre usagedes mêmes ressources aurait permis d’obtenir ” (Benard, 1985).

>Typologie des coûts

La typologie des coûts directs et non directsdans le cadre du contexte des périmètresde protection est établie par rapport àl’activité étudiée, à savoir la mise en œuvredes périmètres de protection d’un captageAEP.

Les coûts directs correspondent parexemple à l’achat de parcelles despérimètres de protection immédiat, à leuraménagement ou à l’ensemble des étudespréalables nécessaires.

Les coûts indirects correspondent à toutsles coûts non occasionnés par le projet luimême mais par des activités qu’il induit dufait même de son existence. Ce sont parexemples des coûts liés à la perte derecettes fiscales locales lorsque desprescriptions conduisent à réduire certainesactivités (agricoles, industrielles, …).

Certains coûts peuvent être ponctuels telsque des coûts d’investissement, ou alorsrécurrents comme des pertes annuelles derevenu pour certains agriculteurs, laréduction de recettes fiscales oul’organisation régulière de réunionsrelatives aux périmètres de protection. Afinde pouvoir sommer ces différents coûts, ilest nécessaire d’appliquer le principed’actualisation permettant de considérer lapréférence pour le présent et pour le futurqu’ont les individus pour subir un mêmecoût dans le futur plutôt qu’aujourd’hui.

Le principe de l'actualisation est l'inverse duprincipe de la capitalisation. Le choix dutaux d'actualisation à retenir pour l'analyseest primordial. Généralement, lorsque leprojet étudié est de natureenvironnemental, on retient un tauxrelativement faible, de l'ordre de 3%.

Le coût des contraintes des périmètres deprotection, coûts de études préalablesintégrées, pour le captage de la sourced’Arcier est ainsi évalué à une valeur situéeentre 3.9 M€ et 6.1M€.

3

> CONCLUSION

La méthode RISK est un outil decartographie de la vulnérabilité àdestination des hydrogéologues praticiens,des hydrogéologues agréés ainsi que desadministrations en charge d’établir lespérimètres de protection ou de faireappliquer la loi sur l’eau en vigueur.L’attribution des différents indices pourchacun des 4 critères retenus nécessiteune connaissance hydrogéologique dusystème karstique ainsi qu’une approchenaturaliste sur le terrain. Le système depondération proposé peut également fairel’objet de modification, il n’est en aucun casfigé ; plusieurs systèmes de pondération àargumenter peuvent être testés, tout enrestant dans un système de pondérationnormé (somme des poids=1).

La traduction des zones de vulnérabilitérésultantes en périmètres de protectionn’est pas automatique ; le passage auparcellaire est à prendre en considération,tout comme des regroupements de zonesde vulnérabilité similaire ou proche.

Les cartes de vulnérabilité obtenues à l’aidede la méthode RISK ne sont en aucun casdes cartes permettant l’implantation d’unsite industriel ou agricole sans passer parl’établissement d’une étude détailléed’impact sur l’environnement.

Janvier 2005

BRGMEAU/RMD1039 rue de Pinville34000 MONTPELLIER04 67 15 79 65 tel / 04 67 64 58 51 faxe-mail: n.dorfliger@brgm/fr

BRGMSGR BOURGOGNE/FRANCHE COMTEParc Technologique1 rue Louis de Broglie21000 DIJON03 80 72 90 40 tel / 03 80 78 01 34 faxe-mai: d.dessandier@brgm.fr

Exemples de carte de critères de la méthode RISK et de la carte de vulnérabilité globale.

Pour en savoir plus….Dörfliger N., Jauffret D., Loubier S. (2004) : Cartographie de la vulnérabilité desaquifères karstiques en Franche Comté, avec la collaboration de V. Petit,rapport BRGM RP-53576–FR, 121 pages, 24 illustrations, 4 annexes.

Guide méthodologique en annexe au rapport ci-dessus (CD ROM, format pdf)

Cost Action 620 (2003) – Vulnerability and Risk mapping for the Protection ofCarbonate (karst) aquifer (homepage :,http://capella.unine.ch/chyn/pdf/FinalReportCOST620.pdf

DIREN DE FRANCHE-COMTESEAURN

5, rue du Général Sarrail BP 137 25014 BESANCON CEDEXtéléphone : 03.81.61.53.60 Fax : 03.81.81.24.96e-mail : Jean-Pierre.METTETAL@franche-comte.ecologie.gouv.fr

4