gestion des systèmes aquifères alluviaux dans le bassin

Gestion des systèmes aquifères alluviaux dans le bassin Adour-Garonne –

Modélisation de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif

Rapport final Année 3

BRGM/RP -57184-FR Mai 2009

Gestion des systèmes aquifères alluviaux dans le bassin Adour-Garonne –

Modélisation de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif

Rapport final Année 3

BRGM/RP -57184- FR Mai 2009

Étude réalisée dans le cadre des projets de Service public du BRGM 04EAUF17

M. Saplairoles, E. Buscarlet, Avec la collaboration de

JJ. Seguin, E. Poux, F. Tilloloy

Vérificateur :

Original signé par : A. GUTIERREZ

Date : 25 mai 2009

Approbateur :

Original signé par : Ph. ROUBICHOU

Date : 25 mai 2009

En l’absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique,

l’original signé est disponible aux Archives du BRGM.

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000.

I

M 003 - AVRIL 05

Mots clés : Aquifère, nappe alluviale, gestion de la ressource, modélisation, régime transitoire, prélèvements, irrigation, outil de gestion, volume prélevable admissible, nappe d’accompagnement, Ariège, Hers-Vif En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

M. Saplairoles, E. Buscarlet, (2009) –Gestion des systèmes aquifères alluviaux dans le bassin Adour-Garonne - Modélisation de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif – Année 3. BRGM/RP-57184-FR. Rapport final – 74 p., 42 ill., 5 ann. © BRGM, 2009, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Modélisation de la nappe alluviale de l’Ariège – Année 3

BRGM/RP-57184-FR – Rapport final 3

Synthèse

Une gestion maîtrisée des ressources alluviales s’impose, de façon à répondre à la demande en eau (AEP, Irrigation, Industries…) tout en préservant le débit d’étiage des cours d’eau. En Midi-Pyrénées, la connaissance du fonctionnement de ces aquifères et la recherche d'une gestion optimale, servant au mieux des intérêts de tous les utilisateurs compte tenu de l'état des ressources offertes, est engagée sur l’ensemble des grands domaines alluviaux de la région.

Concernant la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif (départements de l’Ariège et de Haute-Garonne), cette action est financée par la DDEA de l’Ariège, l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, les fonds européens (FEDER) et par le BRGM dans le cadre de ses actions de Service Public.

L’étude répartie en trois phases, est basée sur la réalisation d’une synthèse géologique et hydrogéologique de l’aquifère alluvial de l’Ariège et de l’Hers Vif à partir de laquelle un modèle de simulation des écoulements souterrains a été construit.

La troisième phase du projet a permis d’une part, la mise en place d’un outil de gestion, destiné aux services chargés de la délivrance des autorisations de prélèvements en période d’irrigation et d’autre part, la délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif.

Ces deux outils aux vocations différentes, sont issus de la construction préalable d’un modèle mathématique permettant de simuler les écoulements de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif. Ce dernier a été calé en régime transitoire sur huit années (de 2000 à 2007) au pas de temps mensuel, le domaine modélisé étant inscrit dans une grille de mailles carrées de 250 mètres de côté.

Au terme de cette opération, la piézométrie des différents points de contrôle répartis dans la plaine (20 points d’eau suivis dans le cadre du projet complétés par 3 points de mesures appartenant au réseau quantitatif de gestion patrimoniale de Midi-Pyrénées) est globalement bien restituée tant en termes de phase, d’amplitude et de pente des courbes.

Le bilan des flux sur la période de calage permet de mettre en évidence d’une part, la prédominance de l’alimentation du système par l’infiltration pluviale et d’autre part, l’importance du drainage de la nappe par l’ensemble des rivières. L’exploitation actuelle de l’aquifère alluvial apparaît peu marquée au regard de la ressource disponible.

La délimitation de la nappe d’accompagnement, a été définie en priorité en se référant à un impact relatif correspondant au dépassement d’un certain seuil. Cette limite intègre indirectement les résultats de la modélisation par la prise en compte des paramètres hydrodynamiques (transmissivité et coefficient d’emmagasinement) obtenus au terme du calage.


4 BRGM/RP-57184-FR – Rapport final

La délimitation de la nappe d’accompagnement a été estimée à une distance comprise entre 400 et 2500 mètres des cours d’eau selon les secteurs considérés. Elle concerne ainsi très majoritairement les formations alluvionnaires des basses plaines et dans une moindre mesure celles des basses terrasses.

En complément de cette délimitation, le modèle mathématique a permis de simuler différents scénarios climatiques (année décennale sèche, quinquennale sèche et humide et année moyenne) afin de calculer des volumes prélevables admissibles (VPA) pour huit zones hydrogéologiques homogènes définies sur le domaine modélisé.

L’outil de gestion a ensuite été développé sur le principe d’une utilisation sous la forme de deux options. Une première consultation détermine des VPA dans la nappe sur la base d’un scénario de recharge hivernale et printanière moyenne (Gestion dite « Anticipée »). La seconde option fournit les VPA en fonction d’une part, de la recharge hivernale observée et d’autre part, d’une évolution printanière choisie par l’utilisateur

En comparaison des volumes prélevés annuellement entre 2000 et 2008 à l’échelle de la plaine alluviale, estimés selon les années entre environ 10 et 14 millions de m3, les valeurs de VPA obtenues sont largement suffisantes dans chacune des zones définies pour satisfaire tous les besoins exprimés quelque soit les scénarios climatiques envisagés.

Ces différents résultats font ressortir le contraste existant entre les ressources en eau de surface et en eaux souterraines sur la zone modélisée. En effet, l’Ariège et l’Hers Vif sont classés par le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) en cours d’eau déficitaires, voire très déficitaires. Or une grande partie des prélèvements destinés à l’irrigation est effectuée par des captages en rivière. C’est notamment le cas de l’Hers Vif réalimenté lors de la période d’irrigation par le barrage de Montbel pour les besoins agricoles et le maintien du débit d’étiage d’objectif (DOE).

L’outil de gestion actuel ne permet pas de gérer les deux ressources de manière concomitante. Toutefois, la mise en œuvre de nouvelles simulations à partir de scénarios limitant les prélèvements en rivières et augmentant ceux en nappe dans des secteurs ciblés pourrait être envisagée et devrait permettre d’alléger les problèmes rencontrés par ces cours d’eau en période d’étiage. Cette opération devra être entreprise en étroite collaboration avec tous les acteurs locaux en charge de la gestion des eaux (tant de surface que souterraines) dans la zone étudiée.

Par ailleurs, il est proposé de procéder à la mise à jour du modèle hydrodynamique et de l’outil de gestion environ tous les 5 ans à partir de l’intégration des nouvelles données géologiques, climatiques, de prélèvements, de piézométrie, voire de paramètres hydrodynamiques (lors de la réalisation de nouveaux pompages d’essai), acquises au cours de cette période. Cette action permettra ainsi de maintenir et d’améliorer la connaissance de cet aquifère pour une gestion optimale et durable.



Sommaire

1. Introduction ............................................................................................................ 9

1.1. RAPPELS DU CONTEXTE DE L’ETUDE.......................................................... 9

1.2. ETAT D’AVANCEMENT DU PROJET ............................................................. 10

2. Rappels du contexte géologique et hydrogéologique de la zone modélisée .. 13

2.1. CONTEXTE GEOLOGIQUE............................................................................ 13 2.1.1. Description des différentes formations géologiques................................ 13

2.2. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE............................................................... 16 2.2.1. Contexte général.................................................................................... 16 2.2.2. Direction d’écoulement de la nappe ....................................................... 18 2.2.3. Recharge de la nappe et évolution piézométrique.................................. 18

2.3. CONTEXTE HYDROLOGIQUE....................................................................... 21

3. Modélisation hydrodynamique de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif23

3.1. PRESENTATION DES DIFFERENTES ETAPES DE CONSTRUCTION DU MODELE......................................................................................................... 23 3.1.1. Rappels sur la géométrie du modèle ...................................................... 23 3.1.2. Intégration du réseau hydrographique dans le modèle ........................... 26

3.2. PIEZOMETRIE DE REFERENCE ................................................................... 27

3.3. PRELEVEMENTS ET RECHARGE................................................................. 27 3.3.1. Prélèvements d’eau................................................................................ 27 3.3.2. Recharge de la nappe ............................................................................ 29

3.4. CALAGE ET RESULTATS DU MODELE HYDRODYNAMIQUE ..................... 30 3.4.1. Rappels de la démarche générale de calage d’un modèle ..................... 30 3.4.2. Calage et résultats en régime permanent............................................... 33 3.4.3. Calage et résultats en régime transitoire ................................................ 36

4. Conception de l’outil de gestion ......................................................................... 47

4.1. PRESENTATION GENERALE DE L’OUTIL .................................................... 47

4.2. FONCTIONNEMENT DE L’OUTIL DE GESTION............................................ 48



4.2.1. Définition des scenarios climatiques....................................................... 48 4.2.2. Sectorisation de la zone d’étude............................................................. 49 4.2.3. Calculs des Volumes Prélevables Admissibles (VPA) ............................ 51

4.3. ANALYSES DES RESULTATS ....................................................................... 52

5. Utilisation de l’outil de gestion............................................................................ 55

5.1. PRESENTATION DE L’ARCHITECTURE DE L’OUTIL ................................... 55 5.1.1. Fichiers AEP.xls et INDUS.xls ................................................................ 55 5.1.2. Fichier IRRIG.xls .................................................................................... 56 5.1.3. Actualisation des fichiers sources liés..................................................... 57

5.2. INSTALLATION ET DEMARRAGE DE L’OUTIL.............................................. 57

5.3. PRESENTATION DES DIFFERENTES OPTIONS DE L’OUTIL ...................... 59 5.3.1. Page d’accueil ........................................................................................ 59 5.3.2. Option "GESTION ANTICIPEE".............................................................. 60 5.3.3. Option "GESTION REGULEE" ............................................................... 62 5.3.4. Enregistrement des résultats .................................................................. 65

6. Délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif........ 67

6.1. RAPPELS REGLEMENTAIRES ...................................................................... 67

6.2. PRINCIPE DE LA METHODE CHOISIE .......................................................... 68 6.2.1. Principe de la méthode........................................................................... 68 6.2.2. Choix du seuil d’impact et du temps de manifestation ............................ 70

6.3. DELIMITATION DE LA NAPPE D’ACCOMPAGNEMENT ............................... 70 6.3.1. Données utilisées et hypothèses de calcul ............................................. 70 6.3.2. Résultats et commentaires ..................................................................... 71

7. Conclusion............................................................................................................ 73

8. Bibliographie ........................................................................................................ 75



Liste des illustrations

Illustration 1 - Formations géologiques caractérisant la zone d’étude.........................................15 Illustration 2 – Localisation des stations météorologiques et des points de suivi des niveaux piézométriques dans le secteur de la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif .........19 Illustration 3 – Données climatiques moyennes calculées pour la période 1995-2007...............19 Illustration 4 – Evolution des précipitations aux stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers ........................................................................................................................................20 Illustration 5 – Points de contrôle des débits et hauteurs d’eau de l’Ariège, de l’Hers Vif et de la Lèze sur la zone modélisée ............................................................................................22 Illustration 6 – Représentation de la cote topographique issue du MNT au pas de 250 mètres intégrée dans MARTHE ...................................................................................................24 Illustration 7 – Représentation de la cote du toit du substratum du réservoir alluvial intégrée dans MARTHE ...............................................................................................................24 Illustration 8 – Représentation des charges initiales intégrées dans MARTHE ..........................25 Illustration 9 – Répartition des volumes prélevés en 2006 par usage sur la zone modélisée.....................................................................................................................................28 Illustration 10 – Localisation des différentes zones de recharge intégrées au modèle ...............29 Illustration 11 – Evolution de la recharge simulée sous Gardenia entre 2000 et 2007 ...............31 Illustration 12 – Schéma de la démarche adoptée pour le calage du modèle.............................32 Illustration 13 – Répartition des charges calculées par le modèle en régime permanent – Comparaison avec les charges observées ...............................................................................33 Illustration 14 – Diagramme de dispersion obtenu au terme du calage en régime permanent ....................................................................................................................................34 Illustration 15 – Paramètres statistiques d’évaluation de la qualité du calage ............................35 Illustration 16 – Répartition de la perméabilité (carte de gauche) et du coefficient d’emmagasinement (carte de droite) suite au calage du modèle en transitoire ..........................37 Illustration 17 – Comparaison des chroniques observées et simulées pour les 23 ouvrages concernés par l’étude (1) .............................................................................................39 Illustration 18 – Comparaison des chroniques observées et simulées pour les 23 ouvrages concernés par l’étude (2) .............................................................................................40 Illustration 19 – Comparaison des chroniques observées et simulées pour les 23 ouvrages concernés par l’étude (3) .............................................................................................41 Illustration 20 – Comparaison des chroniques observées et simulées pour les 23 ouvrages concernés par l’étude (4) .............................................................................................42 Illustration 21 - Comparaison des chroniques de débits observés et simulés pour les 2 stations hydrométriques situées sur la zone modélisée ..............................................................43 Illustration 22 - Bilan volumique annuel de la nappe alluviale sur la période 2000-2007............44 Illustration 23 - Représentation du bilan volumique annuel de la nappe alluviale sur la période 2000-2007 .......................................................................................................................45



Illustration 24 – Cumul de pluie efficace obtenu pour les 3 stations de la zone d’étude en fonction des différents scénarios climatiques......................................................................... 49 Illustration 25 – Extension des 8 unités de gestion retenues pour le calcul des Volumes Prélevables Admissibles (VPA) ................................................................................................... 50 Illustration 26 – Répartition des Volumes Prélevables Admissibles (m3) par zone en fonction des scénarios climatiques.............................................................................................. 52 Illustration 27 – Fichiers "sources" AEP.xls et INDUS.xls ........................................................... 56 Illustration 28 – Fichier IRRIG.xls ................................................................................................ 57 Illustration 29 – Message d’avertissement de la présence de macros dans le classeur ............ 58 Illustration 30 – Emplacement des fichiers liés ........................................................................... 58 Illustration 31 – Page d’accueil .................................................................................................... 59 Illustration 32 – Rubriques d’aide sur les options choisies.......................................................... 59 Illustration 33 – Représentation géographique de la zone d’étude ............................................. 60 Illustration 34 – Message d’information sur la disponibilité en eau des zones sélectionnées............................................................................................................................... 61 Illustration 35 – Fenêtre de synthèse par zone ........................................................................... 62 Illustration 36 – Boîte de saisie des données de pluies efficaces hivernales.............................. 63 Illustration 37 – Choix de la station météorologique.................................................................... 64 Illustration 38 – Choix du scénario d’évolution printanière .......................................................... 64 Illustration 39 – Synthèse de la zone – Gestion régulée ............................................................. 65 Illustration 40 – Enregistrement des résultats pour toutes les zones.......................................... 66 Illustration 41 – Export de la synthèse d’une zone...................................................................... 66 Illustration 42 – Caractéristiques des puits fictifs par rapport à 2 lignes parallèles..................... 69

Liste des annexes

Annexe 1 - Inventaire des prélèvements réalisés dans la plaine de l’Ariège et de l’Hers Vif par usage................................................................................................................................ 77 Annexe 2 - Comparaison des charges simulées et observées ................................................... 83 Annexe 3 - Enregistrement des fichiers de l’Outil de Gestion ..................................................... 89 Annexe 4 - Calculs de la part du volume d’eau soutiré à la rivière au volume d’eau pompé, en fonction de la distance............................................................................................... 93 Annexe 5 - Limite de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif.......................... 99



1. Introduction

1.1. RAPPELS DU CONTEXTE DE L’ETUDE

Les aquifères alluviaux du bassin Adour-Garonne constituent des ressources importantes pour deux raisons principales :

- leur abondance, leur facilité et leur faible coût de mobilisation les rendent économiquement intéressantes, notamment pour l’activité agricole fortement développée dans les plaines alluviales,

- leur relation étroite avec les cours d'eau, qu'il s'agisse d'une recharge de la nappe par la rivière en période de hautes eaux ou au contraire d'une alimentation de la rivière par la nappe et soutien de son débit en période d’étiage. De ce fait, les aquifères alluviaux doivent être pris en compte dans la mise en œuvre des Plans de Gestion des Etiages (PGE) du Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE).

C’est pourquoi une gestion maîtrisée de cette ressource s’impose, de façon à répondre à la demande en eau (AEP, Irrigation, Industries…) tout en préservant le débit d’étiage des cours d’eau. La connaissance du fonctionnement de ces aquifères et la recherche d'une gestion optimale, servant au mieux les intérêts de tous les utilisateurs, passe par l'utilisation d'un modèle de simulation des écoulements. Outre les aspects quantitatifs, un tel outil pourrait aussi être utilisé pour évaluer les impacts sur la nappe, de pollutions ponctuelles (rejets industriels) ou diffuses (pollutions par les nitrates et les phytosanitaires par exemple).

En avril 1997, le BRGM a achevé une étude en Tarn-et-Garonne (82) portant sur la connaissance et l’évaluation des principaux aquifères alluviaux de ce département. Cette opération a permis de fournir aux services chargés de la Police de l’Eau (MISE 82) les éléments et les outils nécessaires pour assurer la gestion des ressources disponibles et notamment pour traiter au mieux les autorisations de prélèvements. Pour cela, une modélisation de la nappe alluviale a été réalisée en régime hydraulique permanent, sur la base de données collectées en 1996.

Dans un souci d’amélioration de cet outil de gestion et notamment de l’évaluation de la ressource et de sa capacité de recharge, une seconde étude, achevée en janvier 2007, a notamment permis l’élaboration d’un modèle en régime transitoire. Celui-ci permet de tenir compte de la variabilité climatique saisonnière et de proposer une certaine flexibilité vis-à-vis des autorisations de prélèvement. Ce nouvel outil de gestion a été développé, sur le principe d’une utilisation en deux étapes, une première consultation, à la mi-février, permettant l’attribution des arrêtés d’autorisation annuels et une seconde, à la mi-juin, destinée à ajuster les débits en cas de sécheresse sévère.1

1 GHYSELINCK-BARDEAU M. (2007) – Gestion des aquifères alluviaux dans le bassin Adour-Garonne – Modélisation de la nappe alluviale de la Garonne, du Tarn et de l’Aveyron dans le département de Tarn-et-Garonne – Rapport BRGM/RP-55315-FR.



En s’appuyant sur l’expérience acquise en Tarn-et-Garonne, la MISE de l’Ariège et la Direction Régionale de l’Environnement (DIREN) de Midi-Pyrénées ont demandé au BRGM de proposer une opération similaire sur la plaine alluviale de l’Ariège.

Cette action est financée par la MISE de l’Ariège, par l’Agence de l’Eau Adour-Garonne (AEAG), par des fonds européens (FEDER) et par le BRGM dans le cadre de ses actions de Service Public (fiche 04 EAU F17).

Le programme se décompose en trois phases :

• Phase 1 : Collecte d’informations et mise en place d’un réseau d’acquisition des données,

• Phase 2 : Construction et calage du modèle de simulation des écoulements souterrains en régime permanent puis transitoire,

• Phase 3 : Développement d’un outil de gestion et délimitation de la nappe d’accompagnement.

L’étude est basée sur la réalisation d’une synthèse des données géologiques et hydrogéologiques du secteur considéré à partir de laquelle un modèle mathématique a été construit. A partir de ces informations, le BRGM a développé un outil de gestion de la nappe alluviale de l’Ariège pour les services chargés de la Police de l’Eau (MISE de l’Ariège et de la Haute-Garonne) permettant notamment de délivrer des autorisations de prélèvements.

Cet outil, issu de la modélisation de la nappe en régime transitoire, a le double objectif de mise en adéquation des ressources et des besoins, et de compréhension du fonctionnement de l’aquifère dans un souci de préservation de celui-ci en terme quantitatif et qualitatif.

Par ailleurs, afin d’achever la modélisation de l’ensemble du secteur alluvial du système Garonne-Ariège-Tarn-Aveyron et dans un cadre commun de préoccupations de la gestion durable de cette ressource, la Direction Départementale de l’Agriculture et de la Forêt (DDAF) de Haute-Garonne a souhaité entreprendre un projet similaire sur la nappe alluviale de la Garonne dans le département de Haute-Garonne. Engagé en juin 2006, il est actuellement en cours.

1.2. ETAT D’AVANCEMENT DU PROJET

Les précédents rapports, référencés BRGM/RP-54139-FR, BRGM/RP-54969-FR et BRGM/RP-55909-FR faisaient état de l’avancement des travaux entrepris dans le cadre des trois premières phases de l’étude. L’ensemble des éléments décrits dans ces documents n’est pas repris dans le présent rapport final. Son objectif principal est de présenter le fonctionnement et les conditions de mise en œuvre du modèle hydrodynamique, de l’outil de gestion associé et de la délimitation de la nappe d’accompagnement.



La construction du modèle nécessite de connaître un certain nombre de paramètres pour chaque maille de calcul, il s’agit notamment de la géométrie du réservoir, de la piézométrie de la nappe, de la perméabilité de l’aquifère ou des volumes prélevés au système.

Une étude géologique a permis de caractériser et de cartographier les différentes terrasses fluviatiles quaternaires des vallées de l’Ariège et de l’Hers Vif ainsi que le terrain sur lesquelles elles reposent. Il apparaît que l’aquifère alluvial est soutenu d’amont en aval par des formations molassiques d’âge Aquitanien (Miocène) et Stampien (Oligocène).

Une cartographie précise du toit du substratum du réservoir alluvial a été dressée à partir de l’analyse critique des données géologiques, fournies par 417 ouvrages recensés dans la zone d’étude et par les cartes géologiques à l'échelle du 1/50 000 couvrant le secteur de l'étude.

Pour rappel, les délimitations des contours de l’aquifère alluvial de l’Ariège et de l’Hers Vif prennent en compte les alluvions sablo-graveleuses des basses terrasses et de la basse plaine. Les hautes et les moyennes terrasses ont été écartées de la zone d’étude car déconnectées hydrauliquement des précédents niveaux par le substratum affleurant ou par des formations superficielles (dépôts de pente, éboulis ou solifluxions) globalement imperméables. Latéralement, les limites de l’aquifère alluvial ont été définies selon les contours des talus molassiques imperméables de l’Aquitanien et du Stampien.

Une cartographie des potentialités d’infiltration des sols de la zone d’étude a été entreprise à partir de la mise en œuvre d’une série de tests d’infiltration par la méthode dite du double anneau (type Müntz). 71 stations ont ainsi été mises en place. Les valeurs des coefficients de perméabilité obtenues sont comprises entre 4.10-6 et 2.10-4 m/s, correspondant à des matériaux peu perméables à perméables.

Un suivi des niveaux piézométriques sur 20 points de contrôle a été effectué à une fréquence d’acquisition bimestrielle entre août 2005 et août 2008. Ces mesures permettent de compléter les données enregistrées en continu sur les 3 ouvrages du réseau de suivi quantitatif des eaux souterraines de la région Midi-Pyrénées présents sur la zone d’étude. En parallèle, des mesures du fil de l’eau des rivières Ariège et Hers Vif ont été réalisées sur 5 sites en complément des 4 stations du réseau hydrométrique, géré par la DIREN, intéressant le secteur.

L’inventaire des points d’eau de la plaine alluviale et des prélèvements concernés a été effectué à partir de données collectées par le SGR Midi-Pyrénées ainsi que celles issues des organismes intervenant dans le secteur d’étude tels que l’Agence de l’Eau Adour-Garonne et les MISE de l’Ariège et de la Haute-Garonne. Tous usages confondus, les prélèvements moyens dans la nappe ont été estimés à 12,4 millions de m3/an (Mm3/an).



Les cartes piézométriques des périodes de basses eaux puis de hautes eaux ont été élaborées à partir de mesures du niveau d’eau collectées sur environ 160 ouvrages respectivement effectuées en octobre 2004 et en avril 2006.

Deux campagnes de jaugeage des cours d’eau secondaires de la plaine alluviale de l’Ariège ont été organisées en période de hautes eaux (en avril 2006) et durant l’étiage (en août 2006). Ces séries de mesures ont mis en évidence le caractère drainant de ces rivières et ont permis d’estimer les volumes « sortant » de la nappe.

Les données de pluviométrie et d’évapotranspiration potentielle (ETP) des stations de Cugnaux (31), de Montaut et de Pamiers (09) ont été collectées auprès de Météo France. L’analyse de ces informations fait ressortir une recharge du réservoir alluvial de l’Ariège principalement assurée par l’infiltration des eaux de pluie et un régime de nappe, de périodicité annuelle.

Cinq pompages d’essais ont été entrepris dans des zones caractérisées comme déficientes en paramètres hydrodynamiques de la nappe (transmissivité et coefficient d’emmagasinement). L’ensemble des données (pompages d’essai susmentionnés et informations recueillies dans la Banque de données du Sous-Sol - BSS -) fait ressortir la bonne transmissivité des alluvions récentes du Crieu et de celles des alluvions de la basse plaine.

Le présent rapport rend compte d’une part, de la construction et du calage du modèle hydrodynamique de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif et d’autre part, de la conception d’un outil d’aide pour la délivrance des autorisations de prélèvements agricoles dans la zone modélisée. En dernier point, la délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif a également été entreprise afin de fournir, aux services en charge de la police de l’eau, tous les outils nécessaires à une gestion maîtrisée des réserves en eaux souterraines et superficielles.

Les actions menées ont ainsi été plus précisément consacrées :

• à la poursuite de la construction et du calage du modèle hydrodynamique de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif en régime transitoire,

• au calcul des volumes prélevables admissibles dans les différents secteurs de la zone d’étude en fonction des scénarios climatiques établis,

• à l’élaboration d’un outil de gestion des autorisations de prélèvements agricoles permettant de gérer la ressource alluviale en tenant compte des conditions de recharge de l’année étudiée,

• à la délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif.



2. Rappels du contexte géologique et hydrogéologique de la zone modélisée

2.1. CONTEXTE GEOLOGIQUE

2.1.1. Description des différentes formations géologiques

a) Les formations molassiques

Le substratum de la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif est constitué par des formations molassiques d’âge Aquitanien (Miocène) et Stampien (Oligocène). Ces terrains forment les coteaux de la vallée, ils affleurent également dans le lit de ces deux rivières. Des affleurements sont aussi observés au centre de la plaine à la base de la butte de Montaut ainsi qu’au niveau des communes du Carlaret et de Ludies (cf. Illustration 1).

Ces formations molassiques sont constituées d’une épaisseur considérable, de matériel détritique sous forme de séquences répétitives de type grès/silt/argile silteuse/calcaire. Cette accumulation est issue du démantèlement de la chaîne pyrénéenne, en milieu continental dans un environnement torrentiel et fluvio-lacustre.

b) Les formations alluviales

Les alluvions transportées par l’Ariège se sont déposées suivant un système en terrasses sur les terrains molassiques tertiaires (oligo-miocènes).

Bien que cinq niveaux de terrasses différents soient identifiés dans la vallée de l’Ariège et de l’Hers Vif (Capdeville et al., 1997), leur composition lithologique n’en est pas moins très proche. Ces derniers ne sont généralement distingués que d’après le degré d’évolution de l’altération des galets et l’évolution pédologique des limons.

• Alluvions des hauts niveaux et des hautes terrasses

Ces alluvions sont les plus élevées dans la topographie (paliers étagés de 90 à 150 m au-dessus de l’étiage), elles sont datées du Donau (Pléistocène inférieur). Elles se distinguent par l’importance des évolutions pétrographiques et pédologiques. Les quartzites se sont désagrégées, les schistes se sont transformés en sables fins argileux. Il ne subsiste plus que des cailloutis siliceux centimétriques hématisés. L’altération y est donc extrême. Au sommet des graves se trouve très souvent un dépôt de « grep » (zone de concentrations ferrugineuses indurées).



Dans la plaine de l’Ariège et de l’Hers Vif, ces niveaux ont pratiquement disparus, seuls quelques lambeaux subsistent, en rive gauche de l’Ariège entre Le Vernet et Muret et entre l’Ariège et l’Hers vif au niveau de Coussa.

• Alluvions des moyennes terrasses

Ces alluvions sont datées du Riss ou du Mindel selon les auteurs et notées Fx. Elles sont constituées d’éléments roulés de quartz, de quartzite, de schiste, de grès, de gneiss et de granite. Les éléments schisteux et cristallins sont très altérés, libérant d’importantes quantités de sables fins argileux qui colmatent les formations et ce d’autant plus qu’elles sont plus anciennes.

Les graves ont une épaisseur de 3 à 4 mètres et sont recouvertes par des limons épais de 1,5 à 2 mètres. Ces couches superficielles limoneuses (où à la base, se trouve un dépôt de « grep »), ont subi une évolution pédologique de type podzolique qui les rend pratiquement imperméable.

Ces terrasses apparaissent en lambeaux plus ou moins réduits sur la rive gauche de l’Ariège entre les communes de Saverdun et de Muret, sur la rive gauche de l’Hers Mirepoix et La-Bastide-de-Lordat, sur la butte de Montaut isolée au milieu de la basse terrasse ainsi qu’entre l’Ariège et l’Hers au niveau de la commune Les Pujols.

• Alluvions des basses terrasses

Ces alluvions sont datées du Pléistocène supérieur (Würm) ou du Pléistocène moyen (Riss) selon les auteurs et notées Fy1 et Fy suivant les cartes géologiques. Elles sont constituées par des graves quartzeuses recouvertes de limons inégalement réparties mais généralement plus fréquents et plus épais vers le nord. L’épaisseur des graves est comprise entre 5 et 6 mètres.

Cette terrasse se développe nettement dans le sud de la zone d’étude, de la commune de Varilhes à celle de Mazères, constituant la basse Boulbonne. Elle s’étale sur 8 kilomètres de large et 21 kilomètres de long entre les vallées de l’Hers et de l’Ariège. Vers le nord de la vallée, leur extension devient moindre et plus morcelée ; elles se situent en rive gauche de l’Ariège de Miremont à Saubens et en rive droite de Auterive à Venerque.

• Alluvions de la basse plaine

Ce niveau est daté du Post-Würm ou du Pléistocène supérieur (Würm) selon les auteurs et notées Fz ou Fz1 suivant les cartes géologiques. Ces alluvions sont constituées de cailloux enrobés dans une matrice sableuse dont la taille est décroissante de l’amont vers l’aval. Ils sont parfois surmontés de limons, essentiellement dans le secteur de Saverdun. L’épaisseur de la basse plaine est variable, de quelques mètres (2 à 4 m) vers la confluence à 10 à 16 mètres vers Pamiers.

Les alluvions de la basse plaine couvrent la majeure partie de la plaine depuis Saverdun jusqu’à la confluence avec la Garonne.



Illustration 1 - Formations géologiques caractérisant la zone d’étude



c) Formations superficielles

Les formations dites superficielles comprennent les dépôts de pente, les éboulis et les solifluxions pouvant être issues des terrains molassiques ou des terrasses alluviales.

Dans le premier cas, ces dépôts affectent la majorité des versants à faible pente des ensembles molassiques. Ils correspondent à des matériaux argilo-limoneux, résultat de la remobilisation gravitaire des formations molassiques, et peuvent atteindre plusieurs mètres d’épaisseur au pied des pentes (Capdeville et al., 1997).

Dans le second cas, sur le rebord des plateaux, les fragments de terrasses altérées par l’érosion ont glissé le long des talus molassiques. Celui-ci est alors recouvert d’une formation caillouteuse emballée dans une matrice argileuse.

2.2. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE

2.2.1. Contexte général

Les différentes terrasses alluviales décrites dans le précédent paragraphe (cf. § 2.1. Contexte géologique), reposent sur un substratum constitué par les formations molassiques d’âge Aquitanien (Miocène) et Stampien (Oligocène). Celles-ci forment un domaine hydrogéologique sans grand aquifère individualisé.

• Domaine hydrogéologique des formations molassiques tertiaires

Il s’agit d’un domaine sans aquifère libre, constitué de couches semi-perméables capacitives mais sans échange significatif avec la surface. L’imperméabilité globale de la partie supérieure de la molasse induit un ruissellement important et rapide des eaux de pluie.

Les nappes d’eaux souterraines, cantonnés dans les lentilles sableuses ou graveleuses du Stampien, sont réduites en extension horizontale comme en épaisseur (remplissage des chenaux), et sont de plus, mal alimentées. Le taux de recharge de ces nappes est minime, induisant une ressource le plus souvent faiblement renouvelable.

Il existe quelques sources montrant un débit intéressant à la base des coteaux vers la vallée de la Garonne et de l’Ariège, ainsi que vers la vallée de l’Hers plus au nord.

Globalement, cette formation a un caractère imperméable en grand (porosité de 4,7 %). Les exemples d’exploitation d’aquifères contenus dans ce complexe sont d’ailleurs rares.

Concernant les formations alluvionnaires, les caractéristiques géomorphologiques des différentes terrasses alluviales de la plaine induisent la distinction des aquifères suivants :



• aquifère des alluvions des hautes terrasses

Seuls quelques lambeaux de hautes terrasses subsistent, ils présentent une fraction argileuse issue de l'altération des éléments granitiques plus importante que celle des alluvions récentes, induisant une diminution de la perméabilité. Les nappes des hautes terrasses sont donc peu développées et d’extension réduite.

• aquifère des alluvions de la moyenne terrrasse

Les moyennes terrasses sont également présentes sous forme de lambeaux, plus ou moins réduits, dominant l’Ariège. L’altération y est très poussée et la perméabilité des terrains faible.

• aquifère des alluvions de la basse terrasse et de la basse plaine

Les niveaux aquifères des alluvions de l’Ariège sont constitués par les graviers grossiers et les lentilles sableuses perméables de la basse terrasse épais de 5 à 6 mètres, et par ceux de la basse plaine dont l’épaisseur varie de 2 à 15 mètres. Ils sont surmontés d’une couverture de 0,5 à 2 mètres de limons argileux récents, due aux dépôts formés lors des crues.

Résultant essentiellement de l’érosion des terrains molassiques, les dépôts de la plaine alluviale de l’Hers Vif sont essentiellement formés de sables et de quelques graviers surmontés, comme pour l’Ariège, de limons argileux récents pouvant atteindre 10 mètres de puissance. La fraction sableuse constitue le niveau aquifère.

Ces alluvions sablo-graveleuses de la basse terrasse et de la basse plaine contiennent une nappe libre continue en relation hydraulique directe avec l’Ariège et l’Hers Vif. En effet, la basse terrasse est une terrasse emboîtées induisant une continuité hydraulique avec la basse plaine. Des zones de discontinuité (affleurements de molasses) sont cependant observées au nord-est de la « basse Boulbonne » et au sud de Belpech. Dans ces secteurs, des lignes de sources de déversement sont identifiées.

Cette nappe soutient le débit de l’Ariège et de l’Hers Vif en l’alimentant durant une grande partie de l’année, notamment en période estivale. Toutefois, ces 2 rivières coulent dans un chenal alluvial encaissé de 5 à 6 mètres entamant la molasse sous-jacente. Celle-ci affleure au bas des berges abruptes. Vers l’aval en direction de Toulouse, l’encaissement de l’Ariège est moins marqué mais elle continue de couler sur les formations molassiques. De ce fait, en période hivernale marquée par de fortes crues, l’Ariège et l’Hers Vif ont peu d’influence sur la nappe.

L’alimentation de la nappe est assujettie aux apports pluviométriques et dans une moindre mesure au déversement des nappes des terrasses sus-jacentes. Ce phénomène est bien visible par exemple dans le secteur des Pujols où de nombreuses sources issues des moyennes terrasses se déversent au niveau de la basse plaine de l’Hers.



De ce fait, le potentiel de recharge du système est particulièrement sensible aux variations climatiques annuelles. Les oscillations de cette nappe sont importantes et les basses eaux très marquées en fin d’été et en automne.

2.2.2. Direction d’écoulement de la nappe

Deux campagnes piézométriques ont été entreprises en périodes de basses eaux puis de hautes eaux à partir de mesures du niveau d’eau collectées sur environ 160 ouvrages respectivement effectuées en octobre 2004 et avril 2006.

Deux campagnes de jaugeage des cours d’eau secondaires de la plaine alluviale de l’Ariège ont été organisées en période de hautes eaux (en avril 2006) et durant l’étiage (en août 2006). Ces séries de mesures ont mis en évidence le caractère drainant de ces rivières et ont permis d’estimer les volumes sortant de la nappe vers les cours d’eau.

L’examen de ces résultats fait ressortir la similitude entre les hautes et les basses eaux, aussi bien en terme de dynamique hydraulique (directions d’écoulements, drainage,…) qu’en terme de niveaux piézométriques. En effet, de faibles fluctuations des niveaux piézométriques, inférieures à 2 mètres sont enregistrées entre les 2 états.

La forme des courbes isopièzes (infléchies vers l’amont au droit des vallées) et les résultats des jaugeages témoignent du drainage de la nappe par le réseau hydrographique durant toute l’année. Cette alimentation des cours d’eau par les eaux souterraines se manifeste au niveau de l’Ariège et de l’Hers, mais aussi, compte tenu de leur encaissement dans les alluvions, au niveau des rivières secondaires (à l’exception du Crieu).

La principale différence entre les 2 états concerne les secteurs localisés en bordure des moyennes terrasses où une alimentation du système par ces formations est uniquement mise en évidence en hautes eaux. Dans le même contexte, une alimentation de la nappe par infiltration des eaux du Crieu (en position perchée par rapport à la nappe) semble possible en période de crue.

2.2.3. Recharge de la nappe et évolution piézométrique

La recharge du réservoir alluvial de l’Ariège est principalement assurée par l’infiltration des eaux de pluie. L’estimation de celle-ci a été faite à partir des données de pluviométrie et d’évapotranspiration potentielle (ETP) acquises auprès de MétéoFrance à un pas de temps décadaire entre 1995 et 2007, pour les stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers (cf. Illustration 2). Ce travail a été entrepris lors de l’année 2 de la présente étude (cf. Rapport BRGM/RP-54969-FR).

Les valeurs ainsi obtenues par décade ont été agrégées au pas de temps annuel pour les 3 stations. L’illustration 3 synthétise les valeurs moyennes calculées alors que l’illustration 4 récapitule l’évolution des précipitations entre 1995 et 2007.



Illustration 2 – Localisation des stations météorologiques et des points de suivi des niveaux piézométriques dans le secteur de la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif

Station de

Cugnaux (31) Station de

Montaut (09) Station de

Pamiers (09)

Moyenne des précipitations entre 1995-2007

625 mm 702 mm 770 mm

Moyenne de l’ETP entre 1995-2007 971 mm 920 mm 913 mm

Illustration 3 – Données climatiques moyennes calculées pour la période 1995-2007

Les précipitations sont en moyenne plus importantes au sud de la plaine, et notamment vers Pamiers (770,3 mm). Cela s’explique par le contexte géographique et notamment la proximité des massifs montagneux générant une plus forte pluviométrie et des températures globalement moins élevées. A l’inverse, le vent d’Autan soufflant du sud-est accentue la sécheresse dans le secteur toulousain où les valeurs d’ETP sont en moyenne les plus fortes (970,7 mm).



Illustration 4 – Evolution des précipitations aux stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers

Afin de disposer de chroniques de niveaux piézométriques sur le secteur d’étude, des relevés des niveaux d’eau ont été réalisés entre août 2005 et août 2008 sur 20 points d’eau sélectionnés parmi les puits visités lors des campagnes piézométriques. Ces mesures permettent de compléter les données enregistrées en continu sur les 3 ouvrages du réseau quantitatif de gestion patrimoniale (Réseau de suivi quantitatif du SGR Midi-Pyrénées) présents sur la zone (cf. Illustration 2).

L’analyse de ces informations fait ressortir une recharge du réservoir alluvial de l’Ariège principalement assurée par l’infiltration des eaux de pluie et un régime de nappe, de périodicité annuelle, structuré en 3 phases :

- une phase de recharge hivernale débutant au mois de novembre avec un maximum des niveaux généralement atteint en février. A cette époque de l’année, les sols sont saturés et la lame d’eau infiltrée importante.

Selon l’intensité et la persistance de la période pluvieuse, une décrue partielle intervient entre février et avril suivie d’une nouvelle phase de recharge printanière observée généralement entre mai et juin,

- une phase de tarrissement régulière et prononcée des niveaux d’eau démarrant au début de l’été, entre mai et juin,

- une phase de décroissance très lente correspondant à l’étiage et se poursuivant habituellement jusqu’au mois de novembre.

La profondeur de la nappe par rapport au sol est variable, elle peut dépasser dix mètres dans le secteur de Pamiers et être inférieure à un mètre autour de Mazères ou dans le nord de la plaine, sur Pinsaguel. Elle est en moyenne de 3,5 mètres par rapport au sol.

Moyenne PP 1995-2007 Station de Pamiers

Moyenne PP 1995-2007 Station de Montaut

Moyenne PP 1995-2007 Station de Cugnaux

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

PP

(mm

)

Station de Cugnaux

Station de Montaut

Station de Pamiers



L’aquifère alluvial de l’Ariège présente globalement des battements moyens annuels peu importants, compris entre 0,30 et 2,50 mètres, en raison de circulations d’eau relativement rapides et d’une porosité élevée. Toutefois, la nappe contenue dans les basses terrasses semble sujette à des variations annuelles plus marquées (entre 2,0 et 2,50 mètres) que dans les alluvions de la basse plaine. En effet, les niveaux mesurés sur les points de cette formation témoignent de fluctuations comprises entre 0,30 et 1,80 mètres.

2.3. CONTEXTE HYDROLOGIQUE

La plaine de l’Ariège compte 2 bassins versants respectivement tributaires de l’Ariège et de l’Hers Vif, séparés par une ligne de partage des eaux de direction générale nord-sud.

L’Ariège prend sa source au lac Noir dans le cirque de Font Nègre à 2400 m d’altitude aux confins du département des Pyrénées Orientales (66) et de la Principauté d’Andorre, et rejoint la Garonne en amont de Toulouse (à Portet-sur-Garonne (31)) après 163 km de cheminement. L’Hers Vif prend naissance près du col du Chioula dans le département de l’Ariège (09) à une altitude d’environ 1500 m et se jette dans l’Ariège au niveau de Cintegabelle (31).

Les principaux affluents de l’Ariège dans la zone étudiée sont l’Hers Vif, en rive droite dont la confluence se situe au niveau de Cintegabelle (Haute-Garonne), et la Lèze en rive gauche. De nombreux petits cours d’eau, plus ou moins importants, se déversant dans l’Ariège et dans l’Hers Vif, jalonnent le secteur d’étude dont les plus importants sont le Douctouyre, le Crieu et l’Estaut.

Le régime hydraulique de l’Ariège est de type pluvio-nival avec des hautes eaux en milieu de printemps et des basses eaux de juillet à octobre.

Suite au plan de gestion des étiages (PGE), élaboré en 2004, la Garonne et ses affluents dont l’Ariège est classée par le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) comme rivière déficitaire à très déficitaire.

Le SDAGE et le PGE ont ainsi fixé des valeurs de Débit d’Objectif d’Etiage (DOE) et de Débit de Crise (DCR) permettant, s’ils sont respectés, de garantir le bon fonctionnement des écosystèmes aquatiques et d’éviter les conflits entre usage.

Les DOE et DCR de l’Ariège à la station hydrologique de Auterive (code station O1712510, en service depuis 1966) sont respectivement fixés à 17 et 8 m3/s et ceux de l’Hers Vif à celle de Calmont (code station O1662910, en service depuis 1996) sont de 3,5 et de 1,5 m3/s.

Six stations appartenant au réseau hydrométrique géré par la DIREN de Midi-Pyrénées fournissent des mesures de débits et de hauteurs d’eau pour les tronçons de rivières Ariège, Hers Vif et Lèze appartenant au secteur d’étude. Parmi les six stations, trois d’entre elles sont situées à l’intérieur du domaine modélisée et permettent ainsi de contrôler la restitution des données de débits et de hauteurs d’eau fournies par le modèle au cours du calage. Il s’agit des points de suivi de Calmont (code station



O1662910) sur l’Hers Vif, de Auterive (code station O1712510) sur l’Ariège et de Labarthe-sur-Lèze (code station O1874010) sur la Lèze.

En complément de ces informations, cinq points de mesures du fil de l’eau de l’Ariège et de l’Hers Vif ont été sélectionnés au niveau de ponts jalonnant le secteur d’étude. Ce suivi engagé en août 2005 s’est poursuivi à une fréquence bimestrielle jusqu’en août 2008. L’illustration 5 représente la répartition de l’ensemble de ces points sur le réseau hydrographique intéressant le domaine modélisé.

Illustration 5 – Points de contrôle des débits et hauteurs d’eau de l’Ariège, de l’Hers Vif et de la Lèze sur la zone modélisée

L’ensemble des informations recueillies lors de cette phase de synthèse des données géologique, hydrologique et hydrogéologique constitue une phase essentielle et préalable à la construction du modèle de simulation des écoulements décrite dans le paragraphe 3.



3. Modélisation hydrodynamique de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif

3.1. PRESENTATION DES DIFFERENTES ETAPES DE CONSTRUCTION DU MODELE

3.1.1. Rappels sur la géométrie du modèle

Le modèle intègre la géométrie de l’aquifère alluvial définie en année 2 (cf. Rapports BRGM/RP-54969-FR et BRGM/RP-55909-FR).

L’extension du modèle provient de la prise en compte des alluvions récentes de l’Ariège et de l’Hers Vif, des formations fluviatiles quaternaires de la basse plaine et de celles des basses terrasses. Il est limité latéralement par les coteaux molassiques, par les terrasses plus anciennes et par l’Ariège et l’Hers Vif.

Ce réservoir est délimité verticalement par le substratum des alluvions et par la surface topographique. La surface piézométrique évolue entre ces deux limites (il y a dénoyage si le substratum est atteint, débordement si elle dépasse la surface du sol).

Initialement défini comme un modèle monocouche, celui-ci a été finalement construit en considérant deux couches. La seconde correspond aux formations molassiques tertiaires peu perméables dans leur ensemble. Toutefois, considérée comme une éponte, elle ne figure pas explicitement en tant que couche de calcul, les charges hydrauliques n’y étant pas calculées. L’intérêt de cette modification de géomètrie est de permettre au modèle une meilleure prise en compte (problème de dénoyage) des mailles correspondant aux affleurements (ou sub-affleurement) de ces terrains molassiques au sein de la plaine.

Le domaine modélisé est inscrit dans une grille à mailles carrées de 250 m de côté, en cohérence avec les autres modèles de gestion des aquifères alluviaux de Midi-Pyrénées, en cours de mise en place par ailleurs. Cette discrétisation en une grille régulière permet la résolution des équations d’écoulement par la méthode des différences finies.

Le modèle est supporté par le logiciel MARTHE (Modélisation d’Aquifères par Maillage Rectangulaire en régime Transitoire pour le Calcul Hydrodynamique des Ecoulements) développé par le BRGM.

Les données introduites dans le modèle sont structurées en couches d’information et ré-échantillonnées avec le pas d’espace approprié à celui-ci, il s’agit notamment :

• du toit du réservoir alluvial correspondant à la surface topographique dont les cotes sont issues du Modèle Numérique de Terrain (MNT) de l’IGN à la maille de 50 mètres (cf. Illustration 6). Ces valeurs ont été moyennées au pas de 250 mètres pour correspondre à la taille des mailles du modèle,



Illustration 6 – Représentation de la cote topographique issue du MNT au pas de 250 mètres intégrée dans MARTHE

• du toit du substratum imperméable de l’aquifère dont les valeurs proviennent du modèle géologique construit avec un pas de 250 mètres (cf. Illustration 7),

Illustration 7 – Représentation de la cote du toit du substratum du réservoir alluvial intégrée dans MARTHE



• des charges initiales, identifiées comme étant les niveaux piézométriques moyens calculés à partir des mesures faites en période de hautes eaux (avril 2006) et de basses eaux (octobre 2004), puis interpolés avec un pas d'espace identique à celui du modèle (cf. Illustration 8),

Illustration 8 – Représentation des charges initiales intégrées dans MARTHE

• de la recharge de la nappe, cette notion est appréhendée par le découpage du secteur d’étude en différentes zones où les valeurs d’infiltration peuvent être variables (en fonction de la gradation des précipitations et des différences de perméabilité des terrains étudiés),

• des prélèvements à la nappe, exprimés en m3/h, ces données sont issues de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne et des Direction Départementale de l’Equipement de l’Agriculture (DDEA) de l’Ariège et de Haute-Garonne,

• des conditions imposées dans le modèle, dans le cas présent les mailles au contact du système modélisé avec les moyennes terrasses (secteurs nord-ouest et sud-est du domaine), où des écoulements diffus participant à la recharge de la nappe avaient été mis en évidence lors des observations de terrains. Dans ces zones, des conditions à flux imposé ont été définies, permettant de tenir compte de l’alimentation de la nappe par ces terrasses anciennes,

• de la perméabilité de l’aquifère, différentes zones ont été découpées en fonction des valeurs affectées provenant d’une part, des résultats des pompages d’essais (valeur de transmissivité) et d’autre part, des données



concernant la géologie de la plaine et des épaisseurs de la nappe dans les différents secteurs. Le calage du modèle a induit de revoir la délimitation de ces zones et les valeurs affectées. Le découpage final est présenté dans l’illustration 10 du paragraphe 3.4.3. sur le calage en régime transitoire.

3.1.2. Intégration du réseau hydrographique dans le modèle

Initialement, les mailles correspondant au tracé de l’Ariège et de l’Hers Vif étaient considérées comme des limites à potentiel imposé (cf. Rapports BRGM/RP-54969-FR). Le modèle calculait alors un débit d’échange entre la nappe et les cours d’eau mais ne tenait pas compte des fluctuations des hauteurs d’eau dans les rivières au cours du temps.

Les objectifs d’utilisation des résultats de la modélisation sont de permettre la conception d’un outil mettant en adéquation la ressource alluviale disponible et les besoins en eau pour l’irrigation tout en maintenant les débits des cours d’eau en période d’étiage. C’est pourquoi il est apparu plus pertinent de disposer d’un modèle prenant en compte les échanges entre la nappe et les rivières.

Le modèle a donc été restructuré en intégrant de nouveaux paramètres caractérisant le réseau hydrographique de la zone étudiée. Celui-ci est composé de l’Ariège et de l’Hers Vif, cours d’eau principaux, et par 15 affluents secondaires.

La prise en compte de ces rivières au sein du modèle a nécessité de disposer de nouvelles données correspondants aux longueurs et aux largeurs de tronçon des rivières à l’intérieur de chaque maille, des cotes absolues du fond des cours d’eau, des hauteurs d’eau, de l’épaisseur et de la perméabilité des berges….Ces deux derniers éléments, peu connus et non déterminés sur le terrain ont été considérés comme des paramètres de calage du modèle.

En outre, lors du calage en régime transitoire, les paramètres d’entrée nécessaires pour modéliser l’hydrographie sont les débits amont des rivières prenant leur source en dehors des limites du modèle. Ces débits sont calculés à partir d’une part, des données des stations hydrométriques les plus proches et d’autre part, des jaugeages réalisés sur place. Les pentes des rivières et le coefficient de rugosité pour la loi de Manning Strickler sont également nécessaires pour calculer la hauteur dans le cours d’eau selon une loi hauteur-débit.

Dans le modèle, la pente des rivières est considérée homogène, égale à 0,005 (soit 5 mètres de dénivelé pour une distance horizontale de 1000 mètres). Le coefficient de rugosité pour la loi de Manning a été évalué à 0,02 (adimensionnel).

Les hauteurs d’eau de l’Ariège et de l’Hers Vif mesurées bimestriellement depuis août 2005 au niveau des 5 ponts et des stations hydrométriques de la DREAL de Midi-Pyrénées présentes sur la zone d’étude (cf. § 2.3.) ont servi de référence pour le calage du modèle.



Les différentes étapes de construction sont explicitées dans le rapport BRGM référencé sous le numéro BRGM/RP-55909-FR.

3.2. PIEZOMETRIE DE REFERENCE

La piézométrie de référence prise en compte pour le calage du modèle correspond aux niveaux piézométriques moyens calculés à partir des mesures réalisées en période de hautes eaux (avril 2006) et de basses eaux (octobre 2004).

Ces deux campagnes ont respectivement concerné 152 et 161 ouvrages répartis de façon homogène sur l’ensemble de la zone modélisée. Ces points de mesures n’ayant pas fait l’objet de nivellement, les cotes NGF du niveau de la nappe sont déduites des cotes topographiques issues du modèle numériques de terrain (MNT) de l’IGN au pas de 50 mètres. La précision des mesures est donc directement dépendante de la précision du MNT.

Les valeurs piézométriques moyennes ont été interpolées au pas de 250 m afin de pouvoir être intégrées dans le maillage du modèle et de permettre ainsi d’initialiser les calculs.

Un suivi manuel des niveaux piézométriques, à une fréquence bimestrielle, a été engagé entre août 2005 et août 2008 sur 20 points de contrôle sélectionnés dans la plaine alluviale en complément des 3 ouvrages appartenant au réseau quantitatif de gestion patrimoniale de Midi-Pyrénées situés sur la zone étudiée (données enregistrées en continu depuis 1997).

Ces chroniques piézométriques permettent d’ajuster le calage du modèle mathématique en régime transitoire. Ces informations servent de référence, les écarts observés entre ces données de terrain et les charges calculées par le modèle permettent d’évaluer l’optimisation du calage.

3.3. PRELEVEMENTS ET RECHARGE

3.3.1. Prélèvements d’eau

La mise en relation de différentes sources de données (Agence de l’Eau Adour-Garonne, DDEA de l’Ariège et de Haute-Garonne) en année 2 du projet a permis d’estimer le nombre d’ouvrages et les prélèvements annuels par usage dans la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif. L’illustration 9 précise la localisation de ces ouvrages et les volumes annuels associés. Le tableau de l’annexe 1 récapitule ces données.

En 2006, 199 points de captages en exploitation sont recensés sur la zone modélisée dont 185 utilisés pour l’irrigation, 3 pour un usage industriel et 11 destinés à l’alimentation en eau potable.



En termes de volume, tout usage confondu, une estimation d’environ 11,5 millions de m3 d’eau prélevés dans la nappe alluviale en 2006 a été établie à partir des données précédemment nommées, dont 78 % dédiés à un usage agricole, 5 % à l’industrie et 17 % pour l’AEP.

Illustration 9 – Répartition des volumes prélevés en 2006 par usage sur la zone modélisée

Pour le calage du modèle en régime permanent, ces prélèvements ont été retranscrits en m3/h en considérant une exploitation continue durant toute l’année.

Pour les besoins de la modélisation en régime transitoire réalisée au pas de temps mensuel sur la période comprise entre janvier 2000 et décembre 2007, les postulats suivants ont été appliqués :



- les captages à usage industriel et AEP ont été considérés en exploitation continue au cours de l’année,

- les prélèvements agricoles pour chaque année modélisée ont été répartis sur 5 mois de la façon suivante :

o 10% du volume total annuel prélevé au mois de mai,

o 20% du volume total annuel prélevé au mois de juin,

o 35% du volume total annuel prélevé au mois de juillet,

o 25% du volume total annuel prélevé au mois d’août,

o 10% du volume total annuel prélevé au mois de septembre.

3.3.2. Recharge de la nappe

Sept zones de recharge ont été différenciées dans le modèle en fonction d’une part, du gradient des précipitations observé entre les 3 stations météorologiques présentes sur le secteur d’étude et d’autre part, de la distinction probable des potentiels d’infiltration au sein des deux terrasses existantes (alluvions des basses terrasses et de la basse plaine). L’illustration 10 indique la répartition de ces zones de recharge dans la zone modélisée.

Illustration 10 – Localisation des différentes zones de recharge intégrées au modèle

L’évaluation de la pluie efficace a été réalisée en utilisant un schéma GARDENIA à partir des données de pluviométrie et d’évapotranspiration potentielle (ETP) enregistrées aux stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers gérées par Météo-France (cf. § 2.2.3.)

ZZ11

ZZ22

ZZ33

ZZ44

ZZ55

ZZ66 ZZ77



Le « code de calcul GARDENIA », développé par le BRGM2, est un modèle hydrologique global de bassins versants, permettant de simuler les relations existant entre d’une part, le débit d’une source, d’un cours d’eau ou d’un niveau piézométrique dans une nappe, et d’autre part, les épisodes pluviométriques concomitants sur le bassin versant associé. A l’issue d’une étape de calage sur une période commune d’observations entre les pluies et les niveaux, il est possible d’établir un bilan hydrologique sur le bassin, et en particulier d’évaluer la recharge naturelle de l’aquifère.

La pluie efficace a ainsi été calculée à l’aide de GARDENIA à partir de deux chroniques piézométriques suffisamment longues, enregistrées sur les ouvrages du réseau quantitatif de gestion patrimoniale, à savoir les stations piézométriques d’Auterive (10351X0024/F) et de Montaut (10357X0021/F). L’illustration 11 représente les courbes d’évolution, entre 2000 et 2007, des charges simulées à partir de Gardenia et celles provenant des mesures effectuées pour ces deux points de contrôle. L’évolution de la recharge simulée sur cette période est également figurée.

Toutefois, la mise en œuvre de cette approche avec les données mesurées au piézomètre de Verniolle (10573X0159/F) ne donnant pas de résultat satisfaisant, l’évaluation des précipitations efficaces dans les zones 5 et 6 (parties sud de la plaine de l’Ariège et de l’Hers Vif) a été effectuée classiquement à partir d’un bilan hydrologique de type Thornthwaite.

Pour ce faire, le sol est assimilé à un réservoir d’une capacité maximale en eau appelée « réserve utile » (RU). Les bilans ont été entrepris à un pas de temps décadaire entre janvier 1995 et décembre 2007 et pour une valeur de RU de 50 mm.

Au final, le calcul de la recharge de la nappe a été mené en trois étapes :

- Calcul du bilan hydrique sur les différentes zones géométriques délimitées dans le modèle,

- Estimation du coefficient de ruissellement en fonction des terrasses étudiées,

- Calage du modèle par ajustements des valeurs estimées dans chacune des zones de recharge.

3.4. CALAGE ET RESULTATS DU MODELE HYDRODYNAMIQUE

3.4.1. Rappels de la démarche générale de calage d’un modèle

Une fois construit, le modèle hydrodynamique doit être "calé" sur des observations. Il s'agit ici de données piézométriques se présentant sous la forme de mesures effectuées à une date donnée et de chroniques temporelles. Lorsque les écoulements souterrains sont connectés à un réseau hydrographique, comme dans le cas présent, le calage est renforcé par des données de hauteurs-débits en différents points des cours d'eau existants.

2 D. Thiéry (2003) - Logiciel GARDÉNIA version 6.0 - Guide d’utilisation. Rapport BRGM/RP-52832-FR



Illustration 11 – Evolution de la recharge simulée sous Gardenia entre 2000 et 2007

Le processus de calage nécessite de reproduire au mieux les données disponibles (niveaux, débits) en ajustant progressivement (par "essais-erreurs") les paramètres introduits a priori. Il s’agit par exemple d’une première estimation des perméabilités

180,0

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Niveau d'eau Simulé Gardenia

Niveau d'eau Observé

Recharge simulée Gardenia

Puits : 10357X0021/F(Montaut)



(connues seulement localement), de la recharge (souvent approchée par une borne supérieure représentée par la pluie efficace), des coefficients de colmatage du lit des cours d'eau,…

Généralement, le calage d'un modèle hydrodynamique se fait en deux phases de façon à sérier les difficultés. Dans une première étape, le travail est réalisé en régime permanent (ou stationnaire, indépendant du temps). Pour les nappes alluviales, comme celle de l’Ariège, dont la piézométrie fluctue annuellement, avec une alternance de "hautes eaux" et de "basses eaux", cet état stationnaire peut être assimilé à un état "moyen" (moyenne des mesures effectuées sur l'année).

Les charges hydrauliques obtenues après le calage en régime permanent constituent alors l'état initial du régime transitoire.

Dans une seconde étape, les coefficients d'emmagasinement de l'aquifère et des données variables dans le temps sont introduits. L’objectif est de reproduire les évolutions temporelles réelles de la nappe (par opposition à l'état "moyen" du permanent), c'est à dire les chroniques piézométriques ou de débits disponibles, en modifiant éventuellement les paramètres ajustés lors de la première étape. A l’issue de ce travail, le modèle pourra être considéré calé.

Plus précisément, le calage d'un modèle consiste en la réalisation d’une série de simulations, chacune faisant l’objet d’une analyse des résultats calculés (niveaux et flux) pour déterminer les paramètres à ajuster. Après chaque simulation, les résultats sont confrontés aux données disponibles sur la zone d’étude, le plus souvent par superposition graphique. Lorsque les écarts entre calculs et mesures tendent vers un minimum le modèle est considéré calé.

L’illustration 12 synthétise la démarche de calage.

Illustration 12 – Schéma de la démarche adoptée pour le calage du modèle

Mauvaise corrélation

Perméabilité

Flux imposés aux limites

Simulation Estimation

Charges observées

Charges calculées

Comparaison

Modèle calé

Bonne corrélation

Recharge



3.4.2. Calage et résultats en régime permanent

La qualité de l’ajustement en régime permanent est jugée par comparaison de la superposition des isopiézes mesurées et calculées. Cependant, les courbes piézométriques de référence sont issues d’un tracé manuel par interpolation des valeurs des niveaux d’eau mesurées sur les différents puits de la zone d’étude.

Ce moyen d’évaluation visuelle du calage sera donc complété par une méthode quantitative, consistant à comparer les calculs aux mesures faites sur tous les points à l'aide d'un "diagramme de dispersion" (diagramme dans lequel les mesures sont reportées en abscisses et les calculs en ordonnées).

Le calage du modèle en régime permanent a permis d’ajuster, de manière simultanée les valeurs de perméabilité et de recharge afin de reproduire la piézométrie de référence correspondant à la moyenne des mesures effectuées en octobre 2004 (basses eaux) et en avril 2006 (hautes eaux).

Le modèle retranscrit globalement les formes des courbes piézométriques observées, infléchies vers l’amont au droit des vallées et vallons, et les directions générales d’écoulements, vers l’Ariège et l’Hers Vif.

L’illustration 13 figure la répartition des charges calculées par le modèle au pas de deux cent cinquante (250) mètres auxquelles ont été ajoutées les isopiézes de référence. Ces courbes sont représentées avec une équidistance de dix (10) mètres par soucis de lisibilité.

Illustration 13 – Répartition des charges calculées par le modèle en régime permanent – Comparaison avec les charges observées

Isopiézes mesurées

Isopiézes calculées



Le diagramme de dispersion de l’illustration 14 correspond aux résultats obtenus. Sur ce graphique sont reportés :

- les points de calage,

- la droite de régression linéaire entre les valeurs observées et celles calculées,

- les zones d’acceptabilité de plus ou moins deux mètres et de plus ou moins cinq mètres de part et d’autre de la droite de calage.

Il existe globalement une bonne concordance entre les valeurs simulées et celles calculées sans qu’il y ait surestimation ou sous-estimation apparente (la droite de régression se confond quasiment avec la diagonale).

Tous les points de référence utilisés pour le calage du modèle en permanent sont reportés en annexe 2 associés aux valeurs piézométriques observées, simulées et aux écarts de calage.

Illustration 14 – Diagramme de dispersion obtenu au terme du calage en régime permanent

Un certain nombre de critères statistiques permet d’apprécier quantitativement la qualité du calage d’un modèle. Toutefois, cette évaluation doit théoriquement tenir compte des incertitudes suivantes affectant non seulement les données mais aussi celles générées par les hypothèses de modélisation :

- sur les mesures piézométriques liées à l’absence de nivellement topographique et à l’utilisation des données du MNT de l’IGN moyenné (incertitudes non négligeables, supérieures à 1m),

- sur les volumes prélevés et leurs répartition dans le temps, en particulier concernant les prélèvements agricoles correspondant en Haute-Garonne à des

y = 0,9962x + 1,091R2 = 0,9988

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Valeurs simulées (m NGF)

Val

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obs

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données annuelles de demandes d’autorisation (absence de compteurs induit une sous-estimation ou une sur-estimation suivant les cas rencontrés),

- sur la géométrie du modèle et en particulier sur les cotes du toit du substratum issues d’une interpolation des données de sondages existants (source d’erreurs dans les zones de faibles densités d’ouvrages). Ce point est primordial en contexte alluvial où la faible épaisseur du réservoir rend l’exercice de modélisation très délicat,

- sur la zonation et l’estimation des paramètres du modèle liées au calage (perméabilité et recharge de l’aquifère).

Le tableau de l’illustration 15 concerne les calculs statistiques effectués à ce stade du calage permettant de juger de sa fiabilité.

Les critères statistiques utilisés dans le cas présent sont les suivants :

- la moyenne et l’écart type de la piézométrie observée et simulée,

- la moyenne et l’écart type des écarts de calage,

- le coefficient de détermination (carré du coefficient de corrélation entre charges calculées et observées indiquant la part de la variance de la piézométrie expliquée par le modèle) :

Illustration 15 – Paramètres statistiques d’évaluation de la qualité du calage

La droite de régression se confond pratiquement avec la diagonale :

Hsim = 0,9962 Hobs + 1.091, soit un coefficient de détermination (R2) = 0,9988

La moyenne des écarts est de 0,19 m et l’écart type de 1,71 m

Le calage est sans biais lorsque la moyenne des écarts est la plus proche de zéro. La valeur de 0,19 obtenue est donc satisfaisante à ce stade du calage.

n R2 = 1 -

Σ (Hobsi - Hsimi)2

Σ (Hobsi - Hobs)2 I=1

n

I=1

où Hsimi est la valeur de la charge au point i simulée à partir de la droite de régression entre charge calculée et observée :

Hsimi = a. Hobsi + b

Moyenne des valeurs observées (m) 235,6Moyenne des valeurs calculées (m) 235,8Ecart-type des valeurs observées (m) 48,7Ecart-type des valeurs calculées (m) 48,2Moyenne des écarts (m) 0,19Ecart type des écarts (m) 1,71Equation de la droite de régression Hcal = 0,9962Hobs + 1,091



3.4.3. Calage et résultats en régime transitoire

Le calage du modèle en régime transitoire a pour point de départ les différents champs de valeurs obtenus lors de la phase d’ajustement en régime permanent :

- perméabilité de l’aquifère alluvial,

- valeurs de recharge par zone,

- perméabilité et épaisseur de colmatage des berges des cours d’eau.

Il a été réalisé au pas de temps mensuel sur la période comprise entre janvier 2000 et décembre 2007.

L’objectif de cette seconde étape de calage est d’ajuster les charges calculées par le modèle aux chroniques piézométriques observées sur les 23 ouvrages de référence présents dans la zone étudiée. Un nouveau paramètre est intégré au calage, il s’agit de l’emmagasinement de l’aquifère (S), correspondant dans le cas présent (cas d’une nappe libre) à la porosité efficace.

a. Paramètres restitués à l’issue du calage

A l’image du travail réalisé en régime permanent, les différents paramètres régissant les écoulements souterrains ont été ajustés de manière simultanée. Il s’agit notamment de la recharge, de la perméabilité, de l’emmagasinement, de la perméabilité et de l’épaisseur de colmatage des berges des rivières.

Les variations spatiales des principaux paramètres hydrodynamiques restitués à l’issue du calage sont représentées sur l’illustration 16.

• Perméabilité de l’aquifère alluvial

Par rapport au régime permanent, les champs de perméabilité ont été modifiés en zonations mais peu en valeurs. Les modifications ont principalement concerné les secteurs où les chroniques piézométriques étaient disponibles.

Les valeurs de perméabilité de l’aquifère alluvial sont comprises entre 10-5 et 5.10-2 m/s. Les valeurs les plus fréquemment retrouvées sont de 10-3 m/s (46% des mailles) et de 10-4 m/s (13%). De manière relativement uniforme, les alluvions de la basse plaine aux faciès graveleux présentent les perméabilités les plus élevées.

Globalement, la perméabilité diminue progressivement entre les alluvions de la basse plaine et celles des basses terrasses, plus anciennes et donc présentant des faciès plus argileux.

• Coefficient d’emmagasinement

S’agissant d’une nappe libre, les coefficients d’emmagasinement introduit dans le modèle sont équivalent à la porosité efficace de l’aquifère. Huit zones de valeurs différentes ont été définies, comprises entre 1 et 30%.



Les emmagasinements les plus fréquemment retrouvés sont de 30% (23% des mailles) et de 15% (19%).

La répartition des valeurs d’emmagasinement est relativement hétérogène, les coefficients les plus faibles étant situés majoritairement dans la partie sud de la basse terrasse centrale, dans le sud de la zone modélisée et dans le tronçon nord de la plaine.

• Recharge de la nappe

Les zones de recharge et les valeurs affectées lors du calage en permanent ont été peu retouchées.

Illustration 16 – Répartition de la perméabilité (carte de gauche) et du coefficient d’emmagasinement (carte de droite) suite au calage du modèle en transitoire

Globalement, la recharge moyenne inter-annuelle de l’aquifère alluvial de l’Ariège et de l’Hers Vif est de 50,4 Mm3/an (la superficie de la nappe alluviale étant de l’ordre de 410 km², la recharge à la nappe est d’environ 125 mm/an). Les prélèvements sont donc inférieurs à la recharge calculée (ceux-ci étant estimés en moyenne à 12,4 Mm3/an).

b. Résultats du calage sur les chroniques piézométriques

Les illustrations 17, 18, 19 et 20 présentent pour les 23 points de contrôle répartis sur le secteur modélisé, les comparaisons entre les courbes d’évolution tracées à partir des charges simulées et celles provenant des mesures effectuées.

Valeurs de Perméabilité (m/s) Valeurs de Coefficient d’emmagasinement (%)



La comparaison est faite graphiquement en appréciant la restitution de la phase, de l’amplitude et de la pente de chacune des courbes.

Dans la partie sud de la plaine de l’Ariège (entre Varilhes et Pamiers), l’ajustement paraît satisfaisant pour les 4 points contrôlés. Les niveaux absolus et la variation saisonnière sont globalement bien reproduits. Seul le puits de Verniolle (10577X0159/F) appartenant au réseau quantitatif de gestion patrimoniale, possède une chronique complète entre janvier 2000 et décembre 2007. Pour cet ouvrage, les cotes piézométriques simulées sont globalement supérieures, en particulier en période de hautes eaux mais tendent à s’ajuster aux niveaux observés à partir de juin 2005. L’amplitude et la pente sont par contre bien reproduites sur l’ensemble de la chronique.

Seuls 2 points permettent de contrôler le calage du modèle dans la partie amont de la vallée de l’Hers Vif. Ces 2 ouvrages présentent des chroniques bimestrielles entre juillet 2005 et décembre 2007. L’ajustement en termes de phase apparaît satisfaisant. Toutefois, les niveaux absolus sont globalement inférieurs aux valeurs mesurées, en particulier les périodes de hautes eaux ont du mal à être restituées au niveau du puits situés sur la commune de Les Pujols (amplitude trop faible).

La partie centrale de la plaine, entre les deux rivières Ariège et Hers Vif, est caractérisée par six points de mesures dont deux implantés sur la basse terrasse (puits de Montaut (10573X0205/F) et de Mazères (10357X0217/F)). La dynamique de la nappe est globalement reproduite de manière satisfaisante, l’amplitude et la phase sont relativement bien restituées. Les points de mesures de Saverdun (10356X0043/F) et de Calmont (10356X0101/F), situés dans un secteur où sont déclarés de nombreux captages destinés à l’irrigation, se caractérisent par une baisse continue des niveaux calculés, non retranscrite de manière significative par les mesures réalisées. Le manque de précision dans les données de prélèvement introduites dans le modèle (volumes autorisés et non réellement prélevés) peut expliquer ce biais. Les niveaux calculés au dernier point, localisé en bordure de l’Hers Vif sur la commune de Mazères (10357X0068/F) sont globalement bien restitués.

Les niveaux piézométriques moyens du puits de Montaut (10357X0021/F) appartenant au réseau quantitatif de gestion patrimoniale, sont bien en phase avec les observations. L’amplitude et la pente sont également bonnes. Il en est de même pour le second ouvrage situé sur la commune de Montaut mais implanté dans les alluvions des basses terrasses.

Concernant la partie nord de la zone étudiée, (entre Cintegabelle et Pinsaguel), la dynamique globale de la nappe est reproduite de manière satisfaisante sur les sept ouvrages implantés dans les alluvions de la basse plaine. C’est notamment le cas pour le puits d’Auterive (10351X0024/F), dont les niveaux sont suivis en continu dans le cadre du réseau de gestion patrimoniale de Midi-Pyrénées, et où l’amplitude, la phase et la pente sont globalement bien respectées.

Dans le même secteur nord, trois points, situés sur les communes de Lagardelle-sur-Leze, de Saubens et d’Eaunes, assurent le contrôle des alluvions de la basse terrasse. De la même manière, l’ajustement apparaît satisfaisant pour ces ouvrages, seul le puits d’Eaunes présente une trop faible restitution de l’amplitude.

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déc-03

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déc-04

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déc-02

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sept-03

déc-03

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sept-01

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sept-02

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sept.-02

déc.-02

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déc.-04

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c. Résultats du calage sur les chroniques mensuelles de débits de l’Ariège et de l’Hers Vif

A l’image des résultats obtenus en terme de calage des chroniques piézométriques, l’illustration 21 présente pour les 2 stations hydrométriques répartis sur le secteur modélisé, les comparaisons entre les courbes d’évolution tracées à partir des débits mensuels simulés et ceux provenant des mesures effectuées.

Illustration 21 - Comparaison des chroniques de débits observés et simulés pour les 2 stations hydrométriques situées sur la zone modélisée

0

10

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30

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50

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janv.-00m

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ars-01m


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Déb

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3/s)

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Station hydrométrique de Calmont (code station O1662910)

DOE

0

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50

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janv.-00m

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ars-01m


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ai-04août-04oct.-04déc.-04févr.-05avr.-05juin-05août-05oct.-05déc.-05févr.-06avr.-06juin-06août-06oct.-06déc.-06févr.-07avr.-07juin-07août-07oct.-07déc.-07févr.-08avr.-08

Déb

it (m

3/s)

Q_ObsQ_Sim

Station hydrométrique de Auterive (code station O1712510)

DOE



Les variations saisonnières de débits sont globalement bien restituées au niveau des deux rivières. Toutefois, pour les deux stations les épisodes de hautes eaux simulés sont plus amortis par rapport aux données mesurées. Inversement, les périodes d’étiage simulées sont moins marquées par rapport à ceux observés.

d. Bilan des flux

Le bilan hydrologique détaillé des flux (exprimés en m3 pour une année donnée) sur la période de calage 2000 – 2007 est résumé dans les illustrations 22 et 23.

Année Apports par les

terrasses anciennes et les coteaux (m3)

Apports par infiltration

pluviale (m3)

Prélèvements (m3)

Débordements (m3)

Alimentation des rivières

(m3)

Stockage (m3)

2000 2 941 895 60 809 381 -9 948 816 -3 704 686 -52 109 702 -2 017 446

2001 3 493 590 43 664 965 -13 741 380 -3 593 113 -52 436 549 -22 631 647

2002 1 503 319 48 030 494 -11 882 002 -1 689 741 -36 313 406 -368 028

2003 4 264 336 52 356 717 -11 235 132 -3 085 203 -48 055 711 -5 815 620

2004 4 689 359 88 444 333 -10 641 845 -5 456 482 -55 666 945 21 351 577

2005 2 576 729 39 980 879 -11 640 082 -2 075 137 -42 600 677 -13 765 063

2006 2 563 843 31 923 218 -11 256 595 -1 465 010 -40 519 643 -18 755 937

2007 1 903 219 37 876 296 -10 381 766 -1 029 545 -32 006 197 -3 641 975

Illustration 22 - Bilan volumique annuel de la nappe alluviale sur la période 2000-2007

L’aquifère alluvial est contrôlé par plusieurs entrées et sorties :

- les apports par les terrasses supérieures,

- l’infiltration pluviale, principale entrée du système,

- les prélèvements anthropiques,

- les débordements de nappe, correspondant aux sources observées sur le terrain,

- la nappe alluviale est fortement drainée par l’ensemble des rivières la traversant, et les transferts de la nappe vers les cours d’eau constituent une des sorties majeures du système.

Les campagnes de jaugeage des sources et des cours d’eau dans la plaine alluviale réalisées en avril et en août 2006 par le BRGM ont fait état d’un débit moyen des sources de 57 l/s en moyenne soit 1,8 Mm3/an environ. Par ailleurs, les jaugeages des rivières secondaires de la plaine avaient mis en évidence un débit de drainage de la nappe vers ces cours d’eau de l’ordre de 15 Mm3/an, valeurs à ajouter aux débits de drainage de l’Ariège et de l’Hers-vif. Les volumes modélisés correspondant aux exutoires de la nappe via des sources sont alors tout à fait cohérents avec les volumes sortants observés.



Illustration 23 - Représentation du bilan volumique annuel de la nappe alluviale sur la période 2000-2007

Le bilan volumique permet également d’évaluer le stockage de la nappe au cours d’une année. Pour les années fortement pluvieuses, à l’image de 2004, le stockage de la nappe est ainsi estimé à environ 21 Mm3. Inversement lors des années déficitaires, la nappe se vidange. Les trois dernières années modélisées (2005, 2006 et 2007) correspondent à trois périodes consécutives de stockage négatif pour la plaine alluviale.

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Mill

ions Apports par infiltration pluviale

Transferts vers les rivières

Prélèvements

Apports par les coteaux

Débordements

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Mill

ions

Stockage de la nappe



4. Conception de l’outil de gestion

Suite au plan de gestion des étiages (PGE), élaboré en 2004, la Garonne et ses affluents, dont l’Ariège, sont classés par le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) en cours d’eau déficitaires, voire très déficitaires. Ce plan prévoit de restaurer les débits d’étiage et de concilier les usages entre eux en garantissant une solidarité de bassin versant, tout en permettant un bon fonctionnement des écosystèmes.

Compte tenu des relations d’échanges existants entre ces cours d’eau et les nappes alluviales, les services déconcentrés de l’Etat des différents départements chargés de la Police de l’Eau sont confrontées aux problèmes de répondre à la demande en eau (AEP, Irrigation, Industries…) à partir des ressources en eaux souterraines tout en préservant le débit d’étiage des rivières.

Ce chapitre a pour objectif de présenter, le principe de fonctionnement de l’outil de gestion des autorisations de prélèvements agricoles conçu pour la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif.

Afin de pouvoir garantir une gestion homogène des ressources alluviales à l’échelle du bassin Adour-Garonne, cet outil est inspiré de ceux déjà réalisés par le BRGM pour les départements de Lot-et-Garonne (47) et du Tarn-et-Garonne (82).

4.1. PRESENTATION GENERALE DE L’OUTIL

La recharge du réservoir alluvial est principalement assurée par l’infiltration directe des pluies au travers des différentes terrasses. De ce fait, le potentiel de réalimentation du système est particulièrement sensible aux variations climatiques annuelles.

Généralement, les autorisations de prélèvements destinés à l’irrigation font l’objet d’une demande collective annuelle, s’effectuant au début du printemps (avril-mai) dans le cadre d’une procédure mandataire. Il est alors très difficile de prévoir l’importance de la recharge entre la date de délivrance des autorisations et le début de la période d’irrigation (mai-juin).

L’objectif est donc de fournir un outil non pas prévisionnel mais de planification et d’aide à la décision. Cet outil est basé sur le calcul de Volumes Prélevables Admissibles (VPA) en fonction de différents scénarios de recharge.

Les VPA sont obtenus en utilisant le modèle mathématique calé en régime transitoire. Les résultats provenant des différentes simulations mises en œuvre permettent de faire fonctionner l’outil sous la forme de deux modes de gestion. L’utilisateur n’utilise donc pas directement le modèle mais les données en découlant via l’outil de gestion.



Les deux possibilités de gestion offertes sont les suivantes :

• Gestion « anticipée »

La fonction de gestion dite « anticipée » est basée sur un scénario de recharge hivernale et printanière moyenne (dite « normale »), défini à partir de l’analyse statistique des pluies efficaces calculées avec les données météorologiques des stations de la zone d’étude. Des Volumes Prélevables Admissibles (VPA) dans la nappe sont ainsi attribués selon les secteurs pour une année moyenne en fonction des volumes demandés lors de la délivrance des autorisations. Cette option permet alors d’identifier les zones risquant la surexploitation,

• Gestion « régulée »

L’autre option proposée est celle de la gestion dite « régulée ». Elle fournit des VPA dans la nappe en fonction d’une part, de la recharge hivernale observée et d’autre part, de l’évolution printanière choisie par l’utilisateur. Si les prévisions se confirment, celui-ci aura la possibilité de vérifier l’adéquation entre les prélèvements autorisés précédemment et la capacité de la ressource. Dans le cas contraire, les volumes pourront être modulés si l’utilisateur le juge nécessaire.

4.2. FONCTIONNEMENT DE L’OUTIL DE GESTION

4.2.1. Définition des scenarios climatiques

L’outil de gestion doit permettre d’ajuster les VPA en fonction de la recharge de la nappe pour une année donnée. La première étape a donc consisté à définir différents scénarios climatiques (extrêmes et moyens) induisant des variations de réalimentation du système alluvial. Cette approche a nécessité de mettre en œuvre des analyses statistiques des données météorologiques (précipitations et ETP) existantes sur la zone d’étude.

Par simplification, l’utilisateur n’ayant pas toujours les éléments suffisants pour établir un bilan hydrique détaillé, la notion de pluie efficace correspond à la différence entre les précipitations et l’évapotranspiration potentielle (ETP).

Les scénarios climatiques ont été établis en considérant d’une part, la recharge hivernale (calculée entre octobre et mars), et d’autre part, l’évolution printanière (entre avril et juin).

Les valeurs de recharge de la nappe alluviale intégrée au modèle sont issues des données météorologiques (précipitations et ETP) collectées aux trois stations gérées par Météo France sur la zone d’étude.

Une analyse statistique a donc été réalisée sur les données de pluies efficaces calculées entre janvier 1995 et décembre 2007 (soit 13 années de mesures) pour les trois stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers.



L’objectif de cette démarche est de déterminer les quantiles de pluie efficace mensuelle correspondant aux valeurs décennales sèches, quinquennales humides et quinquennales sèches. Le calcul des fréquences expérimentales correspondant à ces périodes de retour a permis de déterminer les valeurs de pluie efficace associées.

De cette approche devaient être déduits 9 scénarios climatiques issus de la combinaison de 3 types de recharges hivernales (faibles, moyennes ou fortes) et de 3 recharges printanières (déficitaires, moyennes et excédentaires). Toutefois, les cumuls de pluies efficaces calculés pour les recharges printanières correspondantes à des années quinquennales sèches et moyennes étant similaires et nulles, les neuf scénarios prévus se réduisent à six. Ces derniers permettent donc de faire fonctionner l’outil en mode de gestion régulée.

Le tableau de l’illustration 24 récapitule l’ensemble des valeurs obtenues pour les 3 stations en fonction des scénarios climatiques définis.

Saison_Recharge Type_ClimatiqueCumul_Peff_

Cugnaux (mm)Cumul_Peff_ Montaut (mm)

Cumul_Peff_ Pamiers (mm)

Hiver Decennal Sec 10,4 14,8 13,3

Printemps Decennale Sec 0 0 0

Hiver Quinquennal Sec 18,4 37,9 53,8

Printemps Quinquennal Sec et Moyen 0 0 0

Hiver Quinquennal Sec 18,4 37,9 53,8

Printemps Quinquennal Humide 0,4 22,5 20,7

Hiver Moyen 99,2 157,2 175,4


Hiver Moyen 99,2 157,2 175,4


Hiver Quinquennal Humide 251,9 334,6 408,1


Hiver Quinquennal Humide 251,9 334,6 408,1


Etat_Ref

Scenario 1

Scenario 2

Scenario 3

Scenario 6

Scenario 4

Scenario 5

Illustration 24 – Cumul de pluie efficace obtenu pour les 3 stations de la zone d’étude en fonction des différents scénarios climatiques

4.2.2. Sectorisation de la zone d’étude

Le fonctionnement hydraulique du système alluvial pouvant être spatialement très hétérogène (présence de cours d’eau, proximité des coteaux, caractéristiques lithologiques des terrasses…), une zonation de l’aquifère alluvial par le regroupement de mailles de calculs a été effectuée.



Ces secteurs hydrogéologiques sont inspirés du travail de découpage initié pour la définition des unités de gestion de la qualité des eaux continentales en Midi-Pyrénées.

Dans la zone modélisée, cinq unités de gestion sont identifiées. Leur délimitation intègre la prise en compte conjointe de la géologie (distinction entre terrasses) et des lignes de courant issues de la piézométrie (caractérisation des directions et sens des écoulements souterrains).

Toutefois, la mise en œuvre de l’outil a impliqué de diviser certains de ces ensembles en fonction de la répartition des valeurs de coefficient d’emmagasinement (issues du calage du modèle) et des principaux points de prélèvements.

L’illustration 25 représente l’extension des huit zones de gestion définies pour le calcul des volumes prélevables admissibles.

Illustration 25 – Extension des 8 unités de gestion retenues pour le calcul des Volumes Prélevables Admissibles (VPA)



4.2.3. Calculs des Volumes Prélevables Admissibles (VPA)

Une fois calé en régime transitoire, le modèle numérique des écoulements de la nappe alluviale permet de déterminer les volumes prélevables admissibles par la mise en œuvre de simulations prospectives.

� Détermination d’un état piézométrique de référence

Dans un premier temps, un seuil limite, dont le dépassement serait dommageable pour la ressource, a été défini (cette notion pourrait être assimilée à un volume réservé). Il correspond ici à un état piézométrique extrême associé au maintien du débit d’objectif d’étiage (DOE) de l’Ariège (mesuré à Auterive) et de l’Hers Vif (mesuré à Calmont).

Ce choix est en accord avec la problématique du Plan de Gestion d’Etiages (PGE) de la Garonne et de l’Ariège classées par le SDAGE comme rivière déficitaire à très déficitaire.

Le modèle établi a été calé d’une part, à partir des niveaux piézométriques de la nappe observés dans les 23 ouvrages de référence et d’autre part, à partir des chroniques de débits mesurés aux deux points nodaux présents sur la zone modélisée. Ce couplage nappe / rivière permet ainsi de relier l’état piézométrique de la nappe avec les débits des cours d’eau.

Le DOE de l’Ariège à la station hydrologique de Auterive (code station O1712510, en service depuis 1966) est fixé à 17 m3/s et celui de l’Hers Vif à celle de Calmont (code station O1662910, en service depuis 1996) est de 3,5 m3/s.

La simulation a été réalisée sur huit années au pas de temps mensuel. Les cinq premières années sont identiques au calage en régime transitoire (de 2000 à 2005). Les deux suivantes correspondent à des données moyennes (recharge et prélèvements associés à une année moyenne), elles permettent ainsi de stabiliser les niveaux piézométriques du modèle avant d’intégrer les valeurs du scénario extrême.

Une année décennale sèche a été prise en compte pour les 12 derniers pas de temps. Des valeurs d’infiltration et de ruissellement correspondant à cet état ont donc été utilisées. Elles sont issues des pluies efficaces calculées précédemment à partir des analyses statistiques des données météorologiques (le pourcentage de répartition entre l’infiltration et le ruissellement étant celui obtenu au terme du calage du modèle).

Les données statistiques des différentes stations hydrologiques intéressant la zone d’étude ont été récupérées dans la Banque HYDRO. Il s’agit des débits moyens interannuels et des débits mensuels correspondant à une année sèche de période de retour de 10 ans. Ces éléments ont également été intégrés au modèle pour lui permettre de simuler au plus juste le fonctionnement couplé nappe / rivières lors d’une année décennale sèche.



L’état piézométrique simulé pour la fin du mois de septembre correspondant à une année décennale sèche (fin de la période d’irrigation) a été considéré comme état de référence. Il s’agit du seuil à ne pas dépasser pour préserver les débits d’étiage dans l’Hers Vif et l’Ariège.

� Simulations de différents scénarios climatiques

Dans un second temps, les valeurs mensuelles de pluie efficace associées aux six scénarios climatiques établis précédemment ont été intégrées au modèle pour simuler les piézométries correspondantes. Six simulations différentes en régime transitoire ont donc été réalisées sur huit années au pas de temps mensuel. Les sept premières années étant identiques à la simulation de l’état de référence, la dernière correspond à un des scénarios climatiques définis dans le tableau de l’illustration 16.

Six états piézométriques simulés pour la fin de mois d’avril, avant le début de la période d’irrigation des cultures sont ainsi générés.

Les volumes prélevables pendant la période d’irrigation (de mai à septembre) sont définis en soustrayant ces six états piézométriques simulés à celui du seuil limite de référence, préservant le DOE. En pratique, ces volumes sont calculés en prenant en compte la surface des mailles et la porosité efficace, assimilé à la valeur du coefficient d’emmagasinement (issues du calage du modèle).

Un Volume Prélevable Admissible a été estimé pour chacune des zones homogènes établies précédemment (cf. §. 4.2.2.). Ces données permettent ainsi de faire fonctionner l’outil sous ces deux modes de gestion, anticipée et régulée.

4.3. ANALYSES DES RESULTATS

La répartition des volumes prélevables admissibles par zone en fonction des scénarios climatiques est fournie dans le tableau de l’illustration 26.

Illustration 26 – Répartition des Volumes Prélevables Admissibles (m3) par zone en fonction des scénarios climatiques



Ces résultats devront toutefois être utilisés avec prudence, en gardant à l’esprit les incertitudes inhérentes à la construction et au calage du modèle, en particulier vis-à-vis des cotes du substratum, des valeurs de porosité efficace ou celles de perméabilité et également par rapport aux approximations et hypothèses prises sur la répartition des volumes annuels prélevés.

A l’échelle de la zone d’étude (409,6 km2), les valeurs obtenues montrent les importantes différences de volumes (24,5 millions de m3) entre les deux scénarios les plus extrêmes (scénarios 1 et 6 correspondant respectivement aux années quinquennales sèches et humides). Ce simple constat met en évidence l’importance de la recharge (hivernale et printanière) sur l’augmentation de la ressource en eau disponible lors de la période d’irrigation.

Il apparaît également qu’à recharge hivernale égale, une infiltration printanière forte peut permettre d’augmenter significativement les VPA, de plus 100 000 à plus 900 000 m3 selon les scénarios.

En comparaison des volumes prélevés annuellement entre 2000 et 2008 à l’échelle de la plaine alluviale, estimés selon les années entre environ 10 et 14 millions de m3, les valeurs de VPA obtenues pour toute la zone d’étude sont largement suffisantes pour satisfaire tous les besoins quelque soit les scénarios climatiques envisagés.

Toutefois, les VPA obtenus ne sont pas répartis uniformément dans tous les secteurs de la plaine. En effet, ramenée à une surface unitaire, la disponibilité en eau est plus importante au niveau des zones 5, 4 et 6 correspondant aux alluvions des basses plaines de l’Ariège et de l’Hers Vif. Les secteurs 2 et 8 englobant les formations des basses terrasses sont a contrario ceux où les VPA sont les moins élevés.

En parallèle à ce constat, les prélèvements en eau effectués entre 2000 et 2008 sont principalement concentrés dans les zones 7, 6 et 5, où la disponibilité en eau est globalement importante. Les secteurs moins productifs sont très peu sollicités par des pompages à usage agricole.

Ce contexte particulier de relativement faible sollicitation de la nappe, permet de disposer de VPA supérieurs aux volumes prélevés dans chacune des zones définies et cela quelque soit le contexte climatique. Seule la zone hydrogéologique n°4 située en bordure de l’Hers Vif pourrait présenter des problèmes de restriction lors d’années quinquennales sèches dès lors que les prélèvements réalisés seraient en nette augmentation. En effet, en considérant les données de prélèvement actuelles et passées, et pour ce scénario climatique, les VPA de cette zone sont légèrement supérieurs aux volumes prélevé pour l’irrigation.



5. Utilisation de l’outil de gestion

5.1. PRESENTATION DE L’ARCHITECTURE DE L’OUTIL

Le présent rapport est fourni avec un CD Rom contenant un répertoire dans lequel se trouvent l’outil de gestion et sa notice d’utilisation.

Le répertoire dénommé [Outil_Gestion_Ariege] contient quatre classeurs Excel® constituant l’architecture de l’outil :

� un fichier "maître" Gestion_Ariege_HersVif.xls correspondant au module principal de l’outil de gestion dans lequel sont stockées les macros. Celui-ci exploite les données contenues dans les trois fichiers "sources" liés,

� trois fichiers "sources" où sont stockés les renseignements sur les ouvrages en exploitation captant la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif dans la zone modélisée. Chacun de ces trois fichiers intéressent respectivement les captages destinés à l’AEP (AEP.xls), les points d’eau industriels (INDUS.xls) et ceux utilisés pour un usage agricole (IRRIG.xls).

Remarque : Les fichiers "sources" actuels ont été établis à partir des informations disponibles au moment de l’élaboration de l’outil, soit les volumes prélevés pour l’AEP et l’industrie datant de 2006 transmises par l’Agence de l’Eau de l’Adour-Garonne, les données de 2007 pour les points de prélèvements agricoles situés en Haute-Garonne et les demandes d’autorisation de prélèvements agricoles de 2009 pour le département de l’Ariège. L’ensemble de ces données devra être mis à jour pour une utilisation optimale de l’outil.

5.1.1. Fichiers AEP.xls et INDUS.xls

Les fichiers AEP.xls et INDUS.xls contiennent respectivement les informations disponibles sur les points de prélèvement à usage AEP et industriel (cf. Illustration 27) :

- Identification du point d’eau : Indice National, numéro attribué par l’Agence de l’Eau et code d’identification donné par les DDEA,

- Localisation du point de prélèvement : commune, lieu-dit, coordonnées du point en Lambert 2 étendu (m),

- Profondeur de l’ouvrage,

- Volumes prélevés lors de l’année précédente et de l’année n-2,

- Numéro de la zone auquel le point d’eau est rattaché.



Illustration 27 – Fichiers "sources" AEP.xls et INDUS.xls

5.1.2. Fichier IRRIG.xls

Ce fichier contient la liste des ouvrages exploités à usage agricole situés sur le secteur modélisé (cf. Illustration 28). Il a été élaboré à partir des données transmises par les DDEA de l’Ariège (volumes prélevés entre 2000 et 2008 et demande d’autorisation de 2009) et de Haute-Garonne (demande d’autorisation de 2005 à 2007). Le fichier contient les informations suivantes :

- Identification du point d’eau : indice national (BSS) et code d’identification donné par les DDEA (numéros IRISCOPE et PACAGE),

- Informations sur le propriétaire de l’ouvrage3 : nom, prénom, société, adresse, commune de résidence

- Localisation du point de prélèvement : commune, lieu-dit, coordonnées du point en Lambert 2 étendu (m),

- Profondeur de l’ouvrage,

- Volumes demandés lors de l’année précédente et de l’année en cours,

- Numéro de la zone auquel le point d’eau est rattaché,

- Numéro du compteur,

- Appartenance ou non à la zone de délimitation de la nappe d’accompagnement défini par ailleurs.

3 Le présent rapport étant public, les informations relatives aux propriétaires des ouvrages ont volontairement été masquées pour des raisons de confidentialité.



Illustration 28 – Fichier IRRIG.xls

5.1.3. Actualisation des fichiers sources liés

Pour chacun des trois fichiers "sources" liés, l’utilisateur peut actualiser les données à tout moment en fonction des nouvelles informations à sa disposition. Il peut ainsi supprimer des points d’eau qui ne sont plus exploités ou en ajouter de nouveaux. Il peut également modifier les renseignements saisis dans les fichiers actuels (changement d’adresse ou de propriétaire…..).

Les modifications sont réalisées directement dans les fichiers "sources" et enregistrées avant d’être refermés. L’outil peut alors être relancé en prenant en compte les nouvelles informations introduites préalablement.

Remarque : Un format de saisie est à respecter pour effectuer ces changements.

Pour les trois fichiers "sources", il est impératif qu’une valeur de volume soit saisie si un numéro de zone est spécifié. Si le volume prélevé en un point n’est pas connu mais que l’utilisateur souhaite conserver l’ouvrage dans le fichier, la valeur zéro (0) doit être rentrée dans la colonne "volume" ou le numéro de la zone où le point d’eau est rattaché doit être supprimé.

Pour toutes les autres colonnes, l’utilisateur peut laisser un champ vide s’il ne dispose pas de l’information.

5.2. INSTALLATION ET DEMARRAGE DE L’OUTIL

L’installation de l’outil nécessite de disposer d’un ordinateur PC avec :

- Windows 95 / 98 / 2000 / XP / VISTA,

- une version du logiciel Microsoft Excel® (minimum 97).



Les actions suivantes sont à suivre pour installer l’outil dans les meilleures conditions :

- Insérer le CD-Rom dans son lecteur, rechercher le répertoire dénommé [Outil_Gestion_Ariege] et le copier sur le disque dur de l’ordinateur à l’endroit souhaité par l’utilisateur,

L’installation complète du répertoire [Outil_Gestion_Ariege] occupera environ 5,7 Mo sur le disque dur (avec sa notice d’utilisation).

Remarque : Il est impératif de s’assurer que les quatre (4) fichiers Excel copiés sur le disque dur ne sont pas en "lecture seule". Dans ce cas, décocher cette option dans le menu "Propriétés" (clic droit de la souris).

Le démarrage de l’outil s’effectue en double cliquant sur le fichier Gestion_Ariege_HersVif.xls.

A l’ouverture, pour certaines configurations PC, une boîte de dialogue avertit de la présence de macros dans le classeur (cf. Illustration 29). Il faut alors choisir d’activer les macros pour permettre le fonctionnement de l’outil. Dans le cas contraire, l’utilisateur arrive sur le menu principal avec pour seule option la fermeture du classeur.

Illustration 29 – Message d’avertissement de la présence de macros dans le classeur

Lors de la première utilisation, le chemin des fichiers sera demandé à l’utilisateur. Une fenêtre Windows apparaît, demandant d’indiquer l’emplacement du dossier [Outil_Gestion_Ariege] à l’aide l’arborescence à disposition (cf. Illustration 30).

Lors des utilisations ultérieures, ce message n’apparaîtra plus dès lors que le chemin d’accès du dossier contenant les fichiers liés ne sera pas modifié.

Illustration 30 – Emplacement des fichiers liés



5.3. PRESENTATION DES DIFFERENTES OPTIONS DE L’OUTIL

5.3.1. Page d’accueil

Le menu principal de l’outil offre deux options d’utilisation (cf. Illustration 31).

Illustration 31 – Page d’accueil

Le bouton de la page d’accueil permet de valider l’option choisie.

Le bouton est utilisé pour sortir de l’outil de gestion.

Deux boutons d’aide permettent de rappeler succinctement la définition de chacune des deux options (cf. Illustration 32).

Illustration 32 – Rubriques d’aide sur les options choisies



5.3.2. Option "GESTION ANTICIPEE"

Cette option est basée sur un scenario de recharge annuelle moyenne défini à partir de l’analyse statistique des données de pluies efficaces calculées entre janvier 1995 et décembre 2007 (soit 13 années de mesures) pour les trois stations de Cugnaux, de Montaut et de Pamiers.

� Choix de la zone à consulter

Le choix de cette option fait basculer directement l’utilisateur vers la carte représentant les différentes zones homogènes de gestion du secteur étudié (cf. Illustration 33).

Illustration 33 – Représentation géographique de la zone d’étude

La consultation des résultats s’effectue en cliquant sur l’onglet désignant le code de la zone sur la carte située à gauche et en validant par dans la boite de dialogue.

Le bouton permet de ramener l’utilisateur au menu principal de la page d’accueil.

� Consultation des résultats

Une fois la zone sélectionnée, l’utilisateur bascule sur une feuille de données synthétisant les informations du secteur désigné.



Remarque : Une boîte de dialogue mentionne si la zone choisie dispose d’une ressource en eau suffisante pour satisfaire tous les prélèvements (cf. Illustration 34).

Illustration 34 – Message d’information sur la disponibilité en eau des zones sélectionnées

Les informations relatives à la zone sélectionnée sont récapitulées sous la forme d’un cartouche contenant les éléments suivants (cf. Illustration 35) :

- Numéro de la zone consultée (exemple zone 4),

- Volume total demandé pour l’irrigation sur la zone,

- Volume Prélevable Admissible (VPA) de la zone,

- Réduction proposée en fonction du VPA : Oui ou Non,

- Coefficient de réduction à appliquer aux volumes demandés par les irrigants pour respecter le VPA de la zone. Par défaut, l’outil applique une réduction homogène à tous les prélèvements demandés. Toutefois, l’utilisateur connaissant le VPA de la zone, pourra manuellement moduler les réductions et ainsi ajuster les prélèvements en fonction sa connaissance du contexte local,

- Nombre total de puits recensés dans la zone (AEP, industriel et agricoles),

- Nombre de puits AEP/INDUS et IRRIG : détail du nombre de puits par usage,

- Option de gestion choisie.

Dans la seconde partie de la fenêtre figure la liste des ouvrages de la zone dont les principales informations sont extraites des trois fichiers "sources" liés (AEP.xls, INDUS.xls et IRRIG.xls) (cf. Illustration 35).

Le Volume Prélevable Admissible de chaque ouvrage et le coefficient de réduction appliqué au volume demandé sont rajoutés dans la feuille de données relative à l’irrigation.

A partir de cette feuille de synthèse, il est possible :

- de revenir à la carte pour choisir une autre zone à visualiser tout en restant

dans le scénario en cours :

- de basculer sur le menu principal pour choisir un nouveau scénario ou quitter

l’outil :



Illustration 35 – Fenêtre de synthèse par zone

5.3.3. Option "GESTION REGULEE"

Cette option permet de choisir un scénario climatique à partir des pluies efficaces réelles sur la période hivernale (septembre à mars) et à partir d’une tendance d’évolution climatique sur la période printanière (avril, mai, juin).



� Choix du type climatique (ou recharge hivernale)

Lors du choix de l’option "Gestion régulée", une boîte de dialogue apparaît demandant de saisir la somme des pluies efficaces calculées sur la période septembre-mars (cf. Illustration 36).

Illustration 36 – Boîte de saisie des données de pluies efficaces hivernales

Par simplification, l’utilisateur n’ayant pas toujours les éléments suffisants pour établir un bilan hydrique détaillé, la notion de pluie efficace est restreinte à sa plus simple expression, soit à la différence entre les précipitations et l’évapotranspiration potentielle (ETP).

La zone d’étude étant marquée par une gradation des précipitations efficaces entre le nord et le sud de la plaine, un bouton d’aide a été rajouté pour permettre à l’utilisateur de sélectionner les données de la station météorologique (station de Cugnaux, de Montaut ou de Pamiers) la plus adaptée en fonction de la zone à gérer (cf. Illustration 37).

Une fois la station choisie, l’utilisateur peut saisir le cumul des pluies efficaces et appuyer sur le bouton

A noter que les données météorologiques nécessaires à l’utilisation de cette option (précipitations et ETP décadaires) pourront être recueillies auprès de Météo-France (Climathèque).



Illustration 37 – Choix de la station météorologique

� Choix du scénario d’évolution (ou recharge printanière)

Une fois le type climatique défini, l’utilisateur doit choisir un scénario d’évolution printanier (avril, mai, juin) parmi les trois possibilités (déficitaire, moyen et excédentaire). Pour cela il faut sélectionner le graphique (en cliquant dessus) correspondant au scénario d’évolution choisi et appuyer sur le bouton (cf. Illustration 38).

Illustration 38 – Choix du scénario d’évolution printanière



L’utilisateur bascule alors sur la carte représentant le secteur modélisé avec les huit zones de gestion. La consultation de l’une d’entre elles s’effectue comme indiqué dans le chapitre sur la Gestion anticipée.

La présentation des résultats de la zone sélectionnée est également similaire à celle décrite dans l’option précédente. Seules quelques modifications liées aux particularités de la gestion régulée ont été apportées.

Dans la fenêtre "Synthèse de la zone", deux rubriques sont ajoutées, une renseigne sur le type de recharge hivernale choisie et l’autre sur le type de la recharge printanière sélectionnée. Par exemple, pour 100 mm de pluies efficaces enregistrées entre septembre et mars et un choix d’évolution printanier déficitaire, la synthèse de la zone 4 est présentée dans l’illustration 39.

Illustration 39 – Synthèse de la zone – Gestion régulée

5.3.4. Enregistrement des résultats

Les fonctions d’enregistrement sont valables quelque soit l’option de gestion choisie (anticipée ou régulée).

� Enregistrement des résultats pour toutes les zones

Pour un scénario climatique donné (Gestion anticipée ou régulée), l’enregistrement des résultats pour l’ensemble des zones s’effectue à partir de la fenêtre représentant la carte du secteur d’étude (cf. Illustration 40).

Le bouton permet d’enregistrer les résultats dans un fichier Excel.

En fonction du scénario sélectionné, un nom de fichier est proposé par défaut au moment de l’enregistrement. Le tableau de correspondance entre le nom du fichier enregistré et le scénario climatique choisi est présenté en annexe 3.

Le fichier enregistré est une copie de IRRIG.xls à laquelle deux champs sont rajoutés, le premier indique le pourcentage de réduction à appliquer aux prélèvements demandés, le second donne le prélèvement corrigé en fonction de ce pourcentage ("Volume Prélevable").



Dans le cas de la gestion anticipée, le nom du fichier proposé par défaut sera Irrig_00.xls, le "00" correspondant spécifiquement à ce scénario. Il est toutefois possible de choisir un autre nom de fichier.

Illustration 40 – Enregistrement des résultats pour toutes les zones

� Enregistrement de la synthèse par zone

Il est également possible d’exporter la synthèse de la fenêtre correspondant aux résultats au format texte (.txt) (cf. Illustration 41). En fonction de l’option (anticipée ou régulée) et de la zone choisie, un nom de fichier est proposé par défaut (cf. annexe 3).

Illustration 41 – Export de la synthèse d’une zone



6. Délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif

6.1. RAPPELS REGLEMENTAIRES

Les prélèvements effectués dans les aquifères en relation avec les cours d’eau privent ceux-ci d’une partie significative des apports latéraux contribuant à leurs écoulements de base. En effet, lors d’un pompage deux phénomènes sont à prendre en considération, le premier, à impact direct, est celui de la réalimentation induite par le pompage empruntant de l’eau à la rivière et le second, correspondant à un « manque à gagner », est de prélever une partie du flux transitant dans les alluvions et donc privant le cours d’eau de cet apport.

Afin de maintenir un débit minimum dans les cours d’eau, la réglementation française assimile les prélèvements dans ces aquifères à ceux réalisés dans le cours d’eau lui-même. Le texte de référence est le décret n°93-743 du 29 mars 1993 relatif à la nomenclature des opérations soumises à autorisation ou à déclaration en application de l’article 10 de la loi sur l’eau du 03 janvier 1992. Dans le texte du décret, les aquifères présentant une relation forte avec des cours d’eau ont été dénommés nappes d’accompagnement.

La réglementation stipule ainsi que dans la nappe d’accompagnement :

- les prélèvements sont soumis à autorisation pour les débits supérieurs à 5% du débit d’étiage du cours d’eau,

- les prélèvements sont soumis à déclaration pour les débits compris entre 2 et 5% du débit d’étiage du cours d’eau

Cette notion a été introduite dans un souci de protection du débit des cours d’eau en période d’étiage en fixant les seuils d’autorisation et de déclaration des prélèvements en fonction du débit demandé. Par ailleurs, en cas d’insuffisance temporaire de la ressource, les pompages effectués dans la nappe d’accompagnement sont les premiers concernés par les arrêtés préfectoraux limitant l’usage de l’eau.

Par arrêté préfectoral, la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif a également été déclarée « zone de répartition quantitative des eaux ». Cette réglementation concerne les secteurs présentant une insuffisance autre qu’exceptionnelle, des ressources par rapport aux besoins. Cela implique que tout prélèvement, qu’il soit en rivière ou dans la nappe est soumis à :

- autorisation si le débit de prélèvements est supérieur à 8 m3/h,

- déclaration si le débit de prélèvement est inférieur à 8 m3/h.



Ces deux outils réglementaires ayant des vocations différentes, la délimitation de la nappe d’accompagnement reste néanmoins importante dans le cadre de la préservation des débits d’étiage des rivières.

6.2. PRINCIPE DE LA METHODE CHOISIE

6.2.1. Principe de la méthode

La méthode choisie permet d’évaluer les quantités d’eau indirectement soutirées à un cours d’eau en période d’étiage, par l’exploitation de captages dans une nappe en connexion hydraulique avec celui-ci.

Cela revient à définir la nappe d’accompagnement lorsqu’un certain seuil est dépassé. Cet impact relatif peut être quantifié par le rapport du débit instantané provenant de la rivière au débit de pompage (Qr/Qp) ou par le rapport du volume d’eau soutiré à la rivière au volume total pompé (Vr/Vp), pour un nombre de jours donné.

Ces rapports sont fonction des caractéristiques hydrodynamiques de la nappe (transmissivité et coefficient d’emmagasinement), de la distance du pompage au cours d’eau et de la durée du prélèvement.

Par conséquent, pour une nappe donnée dont les caractéristiques hydrodynamiques sont connues, la limite de la nappe d’accompagnement peut être déterminée en se fixant un seuil d’impact « acceptable » (exprimé en % à partir de Vr/Vp ou de Qr/Qp) et un temps de manifestation choisi.

Ce seuil d’impact acceptable � est fonction de la configuration de la zone étudiée :

- nappe semi-infinie : nappe de grande dimension uniquement limitée par une rivière, constituant pour la nappe une limite à potentiel imposé,

- limite étanche et parallèle : coteau imperméable constituant une limite à flux nul parallèle à la rivière,

- limite à potentiel imposé : seconde étendue d’eau (rivière, étang, lac….) en contact avec la nappe, constituant une limite à potentiel imposé parallèle à la rivière étudiée.

Dans le cas de la plaine alluviale de l’Ariège, deux types de configuration sont à prendre en compte selon les secteurs. Des limites étanches et parallèles sont distinguées dans la partie nord de la plaine de l’Ariège et au niveau de l’extrémité amont de la vallée de l’Hers Vif et une limite à potentiel imposé est considérée dans la partie centrale.

Ainsi, les outils de calcul, tous dérivés de la formule de Theis, adaptée à l’aide de la théorie des images, permettent de calculer la distance d du point de pompage à la rivière telle que le seuil d’impact � soit atteint au temps t choisi.



L’illustration 42 récapitule les caractéristiques des puits fictifs, images successives du forage réel P1 (situé à la distance d de la rivière) par rapport à deux lignes parallèles.

Forage Débit Distance à la rivière Obtention

P1 + Q + d Puits réel

P2 - Q - d Image rivière de P1

P3 + Q 2.l-d Image limite coteau ou à potentiel de P1

P4 - Q - (2.l-d) Image rivière de P3

P5 + Q 2.l-d Image limite coteau ou à potentiel de P2

P6 - Q - (2.l-d) Image rivière de P5

….. ….. ….. …..

Illustration 42 – Caractéristiques des puits fictifs par rapport à 2 lignes parallèles

En présence d’une limite étanche et parallèle, le rapport du volume extrait à la rivière au volume total pompé pendant la même durée s’écrit :

Vr/Vp = 4i2erfc (�(u)) + �(-1)n .{ 4i2erfc [(2.n.�. + 1).�(u)] - 4i2erfc [(2.n.�. - 1).�(u)] }

avec :

u = (d2.S) / (4.T.t) et n variant de 1 à l’infini

i2erfc (z) intégrale répétée 2 fois de la fonction erfc(z) (Abramowitz, 1970)

T : transmissivité en m2/s

S : coefficient d’emmagasinement sans unité

d : distance du point de pompage à la berge

t : durée du pompage

En présence d’une limite à potentiel imposé, le rapport du volume extrait à la rivière au volume total pompé pendant la même durée s’écrit :

Vr/Vp = 4i2erfc (�(u)) + �.{ 4i2erfc [(2.n.�. + 1).�(u)] - 4i2erfc [(2.n.�. - 1).�(u)] }

avec u = (d2.S) / (4.T.t), et n variant de 1 à l’infini

- 2.l-d 2.l-d 2.l+d -2.l+d - d + d

P P1 P2 P3 P4 P5 P6



Des abaques sont disponibles pour effectuer le calcul, point par point, des profils de pourcentage d’eau extrait du cours d’eau en fonction de la distance (Collins, 1958 ; BURGEAP-ENSMP, 1969 ; Houdaille et de Marsily, 1969 : Lelièvre, 1969). Par la suite, des outils informatiques ont été mis en œuvre pour faciliter la démarche, notamment par une programmation directe des formules analytiques (BRGM, 1996).

6.2.2. Choix du seuil d’impact et du temps de manifestation

Compte tenu de l’esprit de la loi sur l’Eau du 03 janvier 1992, la manière de mettre en œuvre ce processus peut être adaptée à une protection réelle des débits d’étiage des cours d’eau en prenant plus particulièrement en considération les prélèvements agricoles, générateurs le plus souvent d’impacts lourds, effectués lors des épisodes de basses eaux.

Ainsi dans la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif, les pompages pour l’irrigation sont réalisés sur une période équivalente à environ 3 mois (généralement de la fin du mois de juin jusqu’à la fin septembre), soit approximativement 90 jours.

Concernant l’appréciation d’un début d’impact sensible ou « significatif », ce concept entre dans le domaine du subjectif. Il vient assez naturellement à l’esprit à se référer à un seuil faible, en pratique quelques %. En effet, il est déjà question d’impact lorsque 5% du débit pompé ont été soutiré à la rivière. Inversement, une valeur trop faible conduira à des distances importantes (grande largeur assignée à la nappe d’accompagnement), engendrant des surfaces trop vastes pour être gérées efficacement de manière conjointe avec la rivière.

Un seuil d’impact de 1% a été choisi de manière consensuelle avec les différents acteurs de la gestion de l’eau, valeur suffisamment faible pour ne pas poser de problème aux rivières à faibles débits tels que l’Hers Vif peut en rencontrer.

6.3. DELIMITATION DE LA NAPPE D’ACCOMPAGNEMENT

6.3.1. Données utilisées et hypothèses de calcul

La délimitation des nappes d’accompagnement nécessite un niveau de connaissance élevé sur le fonctionnement hydrodynamique des nappes et en particulier de disposer de données sur la transmissivité (T), les coefficients d’emmagasinement (S) et la diffusivités (T/S) des formations étudiées.

La construction du modèle de simulations des écoulements souterrains dans la plaine alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif a nécessité de connaître un certain nombre de paramètres pour chaque maille de calcul. Il s’agit notamment de la géométrie du réservoir, de la piézométrie de la nappe, de la perméabilité de l’aquifère ou des volumes prélevés au système.

Ainsi, en complément des données existantes, cinq pompages d’essais ont été entrepris dans des zones où peu d'informations sur les paramètres hydrodynamiques



de la nappe (transmissivité et coefficient d’emmagasinement) étaient disponibles (cf. Rapport BRGM/RP-54969-FR).

Différentes zones de perméabilité et de coefficients d’emmagasinement ont été définies en fonction d’une part, des résultats des pompages d’essais, et d’autre part, des données recueillies sur la géologie de la plaine et sur les épaisseurs de la nappe dans les différents secteurs.

Cette répartition des paramètres hydrodynamiques résulte également du travail de calage ayant permis d’ajuster la piézométrie observée (isopiézes et chroniques) à celle calculée par le modèle.

Les valeurs de transmissivité majoritairement observées dans la zone d’étude, obtenues au terme du calage du modèle, varient entre 4.10-4 et 1.10-3 m2/s. Les données sur les coefficients d’emmagasinement sont comprises entre 1 et 25 %, valeurs généralement rencontrées pour les nappes libres en milieu alluvial.

La délimitation de la nappe d’accompagnement a donc été effectuée en prenant d’une part, en considération la répartition des paramètres hydrodynamiques et d’autre part, en fonction des deux types de configurations (présence d’une limite étanche ou à potentiel imposé parallèle au cours d’eau) présentes dans la plaine alluviale.

Les calculs détaillés au chapitre 6.2. ont ainsi été engagés distinctement sur quatre zones pour une période de référence de 90 jours et un seuil d’impact de 1%. Les résultats sont représentés en annexe 4.

6.3.2. Résultats et commentaires

Pour un temps de manifestation de pompage de 90 jours, et pour un seuil d’impact de 1 %, la limite de la nappe d’accompagnement est estimée à une distance comprise entre 400 et 2 500 mètres des cours d’eau.

La nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif concerne très majoritairement les formations alluvionnaires des basses plaines et dans une moindre mesure celles des basses terrasses.

Des variations de largeur existent en fonction des caractéristiques hydrodynamiques des alluvions concernées. Les cartes de l’annexe 5 représentent la délimitation de la nappe d’accompagnement sur fond IGN scanné au 1/25000.

La délimitation de la nappe d’accompagnement de la vallée de l’Hers dans son secteur amont est plus étroite (400 m) par rapport à la zone centrale de la plaine de l’Ariège (900 m). Le sud de la vallée de l’Ariège (secteur de Varilhes) se distingue par une largeur de limite d’environ 2 500 mètres.

Le contour pour un seuil d’impact de 1% couvre une surface totale d’environ 146 km2 et compte 49 points de captage exploités pour l’irrigation en 2006 (dont 15 localisés dans le département de l’Ariège), représentant un volume total prélevé d’environ 2,0 Mm3/an (dont environ 618 000 m3 prélevés en Ariège).



7. Conclusion

La troisième phase du projet de modélisation de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif a permis d’une part, la mise en place d’un outil de gestion, destiné aux services chargés de la Police de l’Eau dans les départements de l’Ariège et de l’Hers Vif, pour la délivrance des autorisations de prélèvements en période d’irrigation et d’autre part, la délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif.

Ces deux outils sont issus de la construction préalable d’un modèle mathématique permettant de simuler les écoulements de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers Vif. Ce dernier a été calé en régime transitoire sur huit années (de 2000 à 2007) au pas de temps mensuel, le domaine modélisé étant inscrit dans une grille de mailles carrées de 250 mètres de côté.

Le calage du modèle a permis d’obtenir la répartition des champs de perméabilité, d’emmagasinement (porosité efficace) et de recharge de l’aquifère alluvial. L’intégration du réseau hydrographique a permis d’évaluer les échanges existants entre la nappe et les cours d’eau de la zone étudiée. Au terme de cette opération, la piézométrie des différents points de contrôle répartis dans la plaine (20 points d’eau suivis dans le cadre du projet complétés par 3 points de mesures appartenant au réseau quantitatif de gestion patrimoniale de Midi-Pyrénées) est globalement bien restituée tant en termes de phase, d’amplitude et de pente des courbes.

Le bilan des flux sur la période de calage permet de mettre en évidence d’une part, la prédominance de l’alimentation du système par l’infiltration pluviale et d’autre part, l’importance du drainage de la nappe par l’ensemble des rivières. L’exploitation actuel de l’aquifère alluvial apparaît peu marquée au regard de la ressource disponible.

La délimitation de la nappe d’accompagnement, a été définie en priorité en se référant à un impact relatif correspondant au dépassement d’un certain seuil. Cette limite intègre indirectement les résultats de la modélisation par la prise en compte des paramètres hydrodynamiques (transmissivité et coefficient d’emmagasinement) obtenus au terme du calage.

Dans le secteur d’étude, les pompages pour l’irrigation sont réalisés sur une période équivalente à environ 3 mois (généralement de la fin du mois de juin jusqu’à la fin septembre), soit approximativement 90 jours. Cette durée a donc été prise en considération pour établir la délimitation afin de protéger les débits d’étiage de l’Ariège et de l’Hers Vif.

Un seuil d’impact de 1% a été choisi de manière consensuelle avec les différents acteurs de la gestion de l’eau, valeur suffisamment faible pour ne pas poser de problème aux rivières à faibles débits tels que l’Hers Vif peut en rencontrer.

Cette valeur a permis d’estimer la limite de la nappe d’accompagnement à une distance comprise entre 400 et 2 500 mètres des cours d’eau selon les secteurs considérés. Elle concerne ainsi très majoritairement les formations alluvionnaires des basses plaines et dans une moindre mesure celles des basses terrasses.



En complément de cette délimitation, le modèle mathématique a permis de simuler différents scénarios climatiques (année décennale sèche, quinquennale sèche et humide et année moyenne) afin de calculer des volumes prélevables admissibles (VPA) pour les huit zones hydrogéologiques homogènes définies sur le domaine modélisé.

L’outil de gestion a ensuite été développé sur le principe d’une utilisation sous la forme de deux options. Une première consultation détermine des VPA dans la nappe sur la base d’un scénario de recharge hivernale et printanière moyenne (Gestion dite « Anticipée »). La seconde option fournit les VPA en fonction d’une part, de la recharge hivernale observée et d’autre part, d’une évolution printanière choisie par l’utilisateur.

En comparaison des volumes prélevés annuellement entre 2000 et 2008 à l’échelle de la plaine alluviale, estimés selon les années entre environ 10 et 14 millions de m3, les valeurs de VPA obtenues sont largement suffisantes dans chacune des zones définies pour satisfaire tous les besoins exprimés quelque soit les scénarios climatiques envisagés.

Dans le détail, il apparaît qu’à surface égale, la disponibilité en eau est plus importante au niveau de certaines zones correspondant aux alluvions des basses plaines de l’Ariège et de l’Hers Vif. Les secteurs englobant les formations des basses terrasses sont a contrario ceux où les VPA sont les moins élevés.

Ces différents résultats font ressortir le contraste existant entre les ressources en eau de surface et en eaux souterraines sur la zone modélisée. En effet, l’Ariège et l’Hers Vif sont classés par le Schéma Directeur d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) en cours d’eau déficitaires, voire très déficitaires. Or une grande partie des prélèvements destinés à l’irrigation est effectuée par des captages en rivière. C’est notamment le cas de l’Hers Vif réalimenté lors de la période d’irrigation par le barrage de Montbel pour les besoins agricoles et le maintien du débit d’étiage d’objectif (DOE).

L’outil de gestion actuel ne permet pas de gérer les deux ressources de manière concomitante. Toutefois, la mise en œuvre de nouvelles simulations à partir de scénarios limitant les prélèvements en rivières et augmentant ceux en nappe dans des secteurs ciblés pourrait être envisagée et devrait permettre d’alléger les problèmes rencontrés par ces cours d’eau en période d’étiage. Cette opération devra être entreprise en étroite collaboration avec tous les acteurs locaux en charge de la gestion des eaux (tant de surface que souterraines) dans la zone étudiée.

Par ailleurs, il est proposé de procéder à la mise à jour du modèle hydrodynamique et de l’outil de gestion environ tous les 5 ans à partir de l’intégration des nouvelles données géologiques, climatiques, de prélèvements, de piézométrie, voire de paramètres hydrodynamiques (lors de la réalisation de nouveaux pompages d’essai), acquises au cours de cette période. Cette action permettra ainsi de maintenir et d’améliorer la connaissance de cet aquifère pour une gestion optimale et durable.

………



8. Bibliographie

Bichot F. (1995) – Délimitation des nappes d’accompagnement des cours d’eau Garonne, Dordogne, Gironde, Dropt, Dronne et Isle pour le département de la Gironde. Rapport BRGM/RP-38431-FR.

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Cugny M.T. (1980) – Aptitude à l’aménagement de la plaine alluviale de l’Ariège – Facteurs hydrogéologiques et hydropédologiques. Thèse 3ème cycle de l’Université Paul Sabatier (Toulouse).

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Annexe 1

Inventaire des prélèvements réalisés dans la plaine de l’Ariège et de l’Hers Vif par usage



Prélèvements à usage d’AEP (Données 2006)

Prélèvements à usage industriel (Données 2006)

Prélèvements à usage agricole - Département Haute-Garonne (Données 2007)

INDICE_NATIONAL NUM_AEAG X_L2E (m) Y_L2E (m) DEPARTEMENT COMMUNE LIEU_DIT NATUREPROF.

(m)VOLUME_2006

(m3)USAGE

10351X0023/F 31033002 530 533,0 1 815 911,0 HAUTE-GARONNE AUTERIVEANCIEN PUITS / STATION DE POMPAGE DU RAMIER (P2)

PUITS 9,5 230 243 AEP

10351X0005/F 31145001 534 087,0 1 811 332,0 HAUTE-GARONNE CINTEGABELLEPUITS SYNDICAL NOUVEAU LIEU

DIT LA MONGENDRE (P1)PUITS-COMPLEXE 9,3 357 455 AEP

10351X0021/F 31145002 534 107,0 1 811 352,0 HAUTE-GARONNE CINTEGABELLEPUITS SYNDICAL ANCIEN LIEU

DIT LA MONGENDRE (P2)PUITS 9 357 455 AEP

10094D0291/F 31420004 524 252,0 1 833 723,0 HAUTE-GARONNE PINSAGUEL PUITS SYNDICAL,JORDANIS PUITS 2

PUITS 6,6 261 000 AEP

10094D0368/F 31420001 524 372,0 1 833 633,0 HAUTE-GARONNE PINSAGUELPUITS COMMUNAL

NOUVEAU,JORDANIS P1PUITS 6 65 497 AEP

10094D0427/F 31420002 524 511,0 1 833 550,9 HAUTE-GARONNE PINSAGUEL JORDANIS P2 PUITS 135 300 AEP

10098B0195/F 31574002 526 011,0 1 827 132,0 HAUTE-GARONNE VERNET LE MOULIN PUITS 4,7 155 940 AEP

10585X0027/F 09052001 558 602,0 1 786 587,0 ARIEGE BESSET PUITS COMMUNAL PUITS 6,98 27 690 AEP

10577X0125/F 09265002 541 629,0 1 786 744,0 ARIEGE SAINT-JEAN-DU-FALGA PUITS COMMUNAL MONIE PUITS 6,5 220 485 AEP

10577X0101/F 09324002 542 570,0 1 784 108,0 ARIEGE VARILHES FORAGE DE LAGREOU FORAGE 8,35 137 037 AEP

10577X0112/F 09324001 543 051,0 1 783 347,0 ARIEGE VARILHES CAPTAGE COMMUNAL PAR GALERIE

PUITS-GALERIE 166 805 AEP



Prélèvements à usage agricole - Département Ariège (Données 2008)



Annexe 2

Comparaison des charges simulées et observées



Comparaison entre les charges simulées et observées – Calage du modèle en régime permanent

Indice_National Ref_Pts_Obs X_L2E (m) Y_L2E (m)Piezo. Mesurée

(m NGF)Piezo. Calculée

(m NGF)Ecart Mesuré -

Calculé (m)

10094D0058/F 2 524 319,26 1 832 734,79 150,23 153,10 2,8610094X0638/F 3 521 125,35 1 833 035,87 153,26 150,05 -3,2010094X0639/F 4 523 558,65 1 833 797,75 151,96 151,10 -0,8510094C0051/F 5 520 088,97 1 831 753,41 157,88 156,20 -1,6810094C0244/F 6 521 222,16 1 830 566,03 162,37 162,22 -0,1510094X0640/F 7 521 861,44 1 831 097,51 160,51 159,18 -1,3310094C0063/F 8 523 097,63 1 831 392,29 156,57 157,01 0,4410094C0065/F 9 522 989,13 1 832 712,45 154,67 156,49 1,8210094X0641/F 10 524 255,67 1 831 917,47 151,74 154,18 2,4410094X0642/F 11 525 005,06 1 830 361,64 154,77 156,19 1,4210094X0643/F 12 524 379,98 1 832 175,82 151,03 153,93 2,9010094D0064/F 13 523 479,59 1 832 081,18 153,45 156,27 2,8210094X0644/F 14 521 477,41 1 832 232,53 155,56 156,79 1,2410098X0249/F 15 521 595,42 1 828 232,06 174,07 176,30 2,2310098X0250/F 16 526 525,94 1 825 635,16 162,93 164,41 1,4910098D0094/F 17 526 538,55 1 820 861,36 174,54 175,87 1,3310098D0223/F 20 526 039,26 1 823 846,53 168,63 169,77 1,1410098D0063/F 21 525 120,77 1 823 845,04 169,27 170,68 1,4110098X0253/F 23 523 468,48 1 822 716,10 180,29 182,92 2,6210098D0219/F 24 526 533,50 1 824 812,91 166,36 165,70 -0,6610098X0254/F 25 525 474,90 1 826 851,75 163,90 163,96 0,0610098B0159/F 26 526 407,48 1 826 928,28 160,24 161,83 1,5910098X0255/F 27 523 966,85 1 827 609,73 161,36 163,17 1,8110098X0256/F 28 522 054,26 1 824 751,16 180,39 178,76 -1,6310098X0257/F 29 523 682,95 1 826 582,29 165,61 166,56 0,9510098X0258/F 31 524 212,37 1 824 195,05 171,59 172,21 0,6210352X0060/F 32 536 036,07 1 811 683,25 200,57 201,59 1,0210351X0040/F 33 530 900,47 1 814 008,63 192,85 192,47 -0,3710351X0041/F 34 529 722,49 1 814 178,53 193,19 192,89 -0,3110351X0042/F 37 533 428,75 1 812 020,08 197,23 196,54 -0,6910351X0043/F 38 533 067,40 1 812 504,01 196,63 195,67 -0,9710351X0044/F 39 532 027,47 1 812 127,89 198,73 200,05 1,3210351X0045/F 40 529 697,29 1 811 950,65 202,49 201,80 -0,6910351X0046/F 41 528 756,11 1 812 748,61 196,42 196,29 -0,1210351X0047/F 42 530 109,84 1 813 561,24 195,05 194,65 -0,4010351X0048/F 45 528 434,64 1 816 883,70 182,89 184,86 1,9710351X0049/F 46 528 556,08 1 815 405,20 189,42 189,37 -0,0510351X0051/F 48 529 731,43 1 815 943,56 187,42 187,55 0,1410351X0052/F 50 527 916,56 1 814 479,96 193,13 191,94 -1,1910352X0061/F 51 534 924,31 1 812 118,49 198,65 197,91 -0,7410351X0053/F 52 527 156,75 1 815 518,17 186,85 188,77 1,9310351X0054/F 54 527 596,58 1 819 451,50 178,70 180,13 1,4310351X0055/F 55 527 463,79 1 818 232,50 181,68 183,35 1,6710356X0048/F 56 541 038,55 1 804 232,01 232,85 233,34 0,4910356X0076/F 57 540 802,88 1 806 139,56 227,25 227,30 0,0410356X0003/F 58 540 903,13 1 801 461,20 243,96 244,33 0,3610356X0099/F 59 540 330,75 1 807 565,24 221,75 221,94 0,19






Calculé (m)

10356X0043/F 60 538 413,00 1 806 769,68 218,50 220,32 1,8210356X0100/F 61 540 588,98 1 807 336,79 222,91 223,23 0,3210356X0042/F 62 538 909,31 1 805 616,45 224,83 224,48 -0,3410352X0035/F 65 537 528,89 1 810 181,96 206,01 207,98 1,9710356X0101/F 66 540 824,42 1 809 446,32 216,12 216,95 0,8310356X0102/F 69 535 824,93 1 809 989,48 205,31 207,58 2,2710356X0103/F 71 536 730,58 1 807 943,42 215,36 213,67 -1,6910356X0104/F 73 535 987,84 1 806 805,77 217,18 218,56 1,3810356X0105/F 74 534 316,87 1 806 758,45 217,24 218,02 0,7810356X0106/F 75 536 366,14 1 806 109,31 218,85 220,73 1,8810356X0107/F 76 538 067,01 1 808 090,19 211,89 212,13 0,2410356X0108/F 78 534 869,20 1 809 784,52 206,76 209,05 2,2810356X0109/F 79 535 747,71 1 807 718,53 216,03 214,99 -1,0310355X0006/F 80 532 859,46 1 809 109,26 211,29 211,33 0,0410356X0110/F 81 541 053,33 1 808 300,19 218,48 220,50 2,0210357X0214/F 82 543 047,14 1 809 260,03 218,69 215,33 -3,3510357X0215/F 83 543 597,41 1 807 560,88 223,52 222,29 -1,2210357X0216/F 84 545 685,29 1 805 413,32 237,92 233,20 -4,7210357X0064/F 85 544 820,88 1 800 578,00 259,43 257,98 -1,4510357X0068/F 86 547 689,65 1 805 022,87 225,26 225,32 0,0610357X0005/F 87 548 007,91 1 804 027,97 235,30 231,80 -3,4910358X0016/F 88 548 879,43 1 804 012,62 227,73 226,89 -0,8410358X0013/F 90 549 767,33 1 802 413,37 237,59 240,39 2,7910358X0003/F 91 549 245,01 1 801 163,32 253,56 252,84 -0,7210357X0012/F 92 547 632,71 1 799 952,80 259,69 261,84 2,1510357X0217/F 93 546 475,80 1 800 558,29 257,33 256,07 -1,2610357X0213/F 94 547 602,92 1 800 981,73 254,50 255,30 0,8010357X0020/F 95 545 162,17 1 802 240,83 252,32 249,39 -2,9310357X0044/F 97 543 616,77 1 803 364,39 242,84 242,45 -0,3910357X0026/F 99 545 403,11 1 803 893,69 240,61 241,49 0,8810572X0034/F 102 540 595,97 1 799 763,31 248,58 245,92 -2,6610356X0111/F 103 539 927,82 1 802 358,15 232,11 233,70 1,5910357X0031/F 104 544 390,10 1 803 140,76 246,49 245,20 -1,3010357X0088/F 105 541 929,77 1 800 820,65 252,12 249,20 -2,9210357X0021/F 106 542 323,31 1 802 810,00 243,41 240,83 -2,5810357X0095/F 107 542 980,12 1 804 519,81 236,32 236,56 0,2410357X0219/F 108 541 703,38 1 805 749,46 231,79 229,83 -1,9610572X0015/F 109 540 060,03 1 792 945,97 266,73 265,42 -1,3110572X0105/F 110 540 330,29 1 794 823,39 268,47 266,23 -2,2410572X0012/F 111 539 525,80 1 794 716,50 263,45 260,86 -2,5910572X0106/F 112 540 934,75 1 795 584,46 266,69 265,13 -1,5510572X0107/F 113 540 941,05 1 796 172,54 263,81 263,08 -0,7310573X0185/F 114 541 359,22 1 797 209,26 261,11 259,83 -1,2710572X0108/F 115 540 855,70 1 798 205,31 255,09 252,34 -2,7510573X0186/F 116 547 804,56 1 793 300,67 282,02 283,33 1,3110573X0119/F 117 545 706,94 1 799 393,60 260,26 259,97 -0,2910573X0117/F 118 546 122,59 1 799 014,61 261,28 264,75 3,4710574X0007/F 119 548 983,57 1 798 482,67 258,03 256,96 -1,0710573X0121/F 120 545 481,01 1 798 133,36 266,50 268,27 1,7710573X0102/F 121 547 183,72 1 796 680,07 269,74 272,75 3,0110573X0104/F 122 548 010,43 1 797 350,98 264,87 263,86 -1,0010574X0008/F 124 549 598,45 1 792 271,06 265,42 263,83 -1,5910573X0187/F 125 545 804,32 1 794 686,94 283,21 283,03 -0,1810574X0009/F 126 550 603,67 1 795 939,39 246,30 244,74 -1,5610573X0188/F 128 544 300,05 1 793 136,61 290,58 288,19 -2,3910573X0189/F 129 545 573,36 1 793 130,20 290,80 288,76 -2,04






Calculé (m)

10573X0041/F 130 545 759,07 1 791 504,03 296,83 298,12 1,2910573X0190/F 131 547 759,42 1 795 738,10 273,39 274,17 0,7810573X0191/F 132 546 289,63 1 795 811,76 276,08 276,92 0,8410573X0051/F 133 548 264,55 1 794 004,69 278,05 277,44 -0,6110573X0177/F 134 542 816,86 1 799 566,94 258,48 257,60 -0,8810573X0112/F 136 543 918,31 1 798 214,13 265,94 269,41 3,4710573X0089/F 137 543 096,52 1 797 613,34 266,90 267,38 0,4810573X0192/F 138 544 341,07 1 795 831,58 277,53 276,16 -1,3610573X0193/F 140 542 165,55 1 794 405,79 273,87 274,19 0,3110573X0194/F 141 542 920,20 1 792 803,56 280,85 282,41 1,5610573X0195/F 143 541 760,55 1 796 261,44 264,01 264,41 0,4010573X0196/F 144 544 150,08 1 794 151,57 283,92 285,41 1,5010573X0161/F 145 544 478,89 1 797 213,04 270,00 272,04 2,0410573X0197/F 146 543 195,85 1 795 509,42 276,04 275,47 -0,5710573X0063/F 147 547 352,59 1 793 154,48 283,37 286,17 2,8110573X0198/F 148 542 939,56 1 798 287,57 260,77 263,85 3,0810573X0200/F 150 544 821,68 1 795 164,11 280,94 281,74 0,8010578X0005/F 151 551 016,11 1 789 374,10 259,36 259,47 0,1010573X0201/F 152 547 252,91 1 791 864,11 291,32 293,15 1,8210573X0202/F 153 546 636,89 1 794 736,66 280,89 280,91 0,0210573X0109/F 154 543 366,44 1 796 114,56 274,47 273,45 -1,0210574X0010/F 155 550 832,46 1 791 473,09 253,82 253,12 -0,7010573X0129/F 157 541 794,92 1 799 417,09 255,78 254,73 -1,0510573X0203/F 158 542 782,38 1 796 087,64 269,28 269,14 -0,1410573X0084/F 159 542 194,99 1 797 733,86 261,23 261,98 0,7510573X0204/F 161 541 496,36 1 792 076,75 280,69 280,94 0,2510573X0205/F 162 545 313,52 1 797 395,08 269,12 271,87 2,7510573X0206/F 163 541 468,86 1 793 369,18 276,56 275,67 -0,9010573X0207/F 164 545 847,86 1 790 553,23 302,19 303,06 0,8710577X0042/F 165 545 848,09 1 788 294,99 312,39 313,58 1,2010577X0043/F 166 544 903,25 1 788 372,55 312,38 312,64 0,2610577X0034/F 167 544 495,28 1 787 964,92 312,50 312,07 -0,4210577X0156/F 168 545 336,77 1 787 814,27 316,45 315,11 -1,3410577X0052/F 170 546 027,96 1 787 283,02 316,01 317,20 1,2010577X0177/F 171 542 902,22 1 785 160,20 313,61 312,60 -1,0110577X0027/F 172 543 184,51 1 787 288,17 305,12 306,82 1,6910577X0178/F 173 543 208,23 1 783 873,60 322,17 325,60 3,4310577X0179/F 175 542 396,17 1 782 608,55 329,29 335,21 5,9210577X0073/F 177 544 805,75 1 785 007,13 327,31 325,19 -2,1310577X0181/F 178 541 686,65 1 787 090,31 301,65 301,59 -0,0610573X0208/F 179 542 709,86 1 790 356,06 288,81 288,17 -0,6410577X0182/F 180 545 005,79 1 789 423,48 309,56 308,37 -1,1910577X0183/F 181 544 195,45 1 784 742,83 323,39 321,65 -1,7410344X0048/F 182 526 084,51 1 818 500,70 180,51 180,46 -0,0510577X0184/F 183 544 218,14 1 786 303,92 316,12 316,70 0,58



Annexe 3

Enregistrement des fichiers de l’Outil de Gestion



Type climatique (septembre – mars)

Scénario d’évolution (avril – mai – juin)

Nom du fichier enregistré

Pluviométrie déficitaire Irrig_11.xls

Pluviométrie moyenne Irrig_12.xls Pluies efficaces faibles

Pluviométrie excédentaire Irrig_13.xls


Pluviométrie moyenne Irrig_22.xls Pluies efficaces moyennes



Pluviométrie moyenne Irrig_32.xls

Gestion Régulée

Pluies efficaces fortes


Gestion Anticipée Irrig_00.xls

Tableau de correspondance des fichiers enregistrés – Scénario climatique

Format du nom de fichier proposé par défaut lors de l’export de la synthèse par zone

Gestion Anticipée :

5 0 0.txt

N° de la zone : de 1 à 8

Gestion Régulée :

5 1 1.txt

Gestion anticipée

Type climatique : 1 – Pluies efficaces faibles 2 - Pluies efficaces moyennes 3 - Pluies efficaces fortes

Scénario d’évolution : 1 – Pluviométrie déficitaire 2 - Pluviométrie moyenne 3 - Pluviométrie excédentaire

N° de la zone : 1 à 8



Annexe 4

Calculs de la part du volume d’eau soutiré à la rivière au volume d’eau pompé, en fonction de la

distance



Profil de la proportion d'eau extraite de la rivière Vr/Vp = f(distance)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

Distance à la rivière (m)

% v

olum

e d'

eau

Configuration 1 : Limite parallèle à la rivière étanche

Secteur Nord de la plaine alluviale de l’Ariège

Durée t (jours) : 90

Distance entre limite L (m) : 900 à 5700

Transmissivité T (m2/s) : 0,0025

Emmagasinement S (%) : 25

d

L

Paramètres : T, S, L, t




0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100


% v

olum

e d'

eau

Configuration 2 : Limite parallèle à potentiel imposé

Secteur central de la plaine (entre Ariège et Hers Vif)





d

L





0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200


% v

olum

e d'

eau

Configuration 3 : Limite parallèle étanche

Secteur Sud de la plaine de l’Ariège





d

L

Paramètres : T, S, L,




0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 100 200 300 400 500 600


% v

olum

e d'

eau

Configuration 4 : Limite parallèle étanche

Secteur Amont de la vallée de l’Hers Vif





d

L




Annexe 5

Limite de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif



Délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif par rapport aux formations géologiques de la zone d’étude



Délimitation de la nappe d’accompagnement de l’Ariège et de l’Hers Vif / Fond topographique IGN à 1/100 000

Centre scientifique et technique

3, avenue Claude-Guillemin BP 36009

45060 – Orléans Cedex 2 – France Tél. : 02 38 64 34 34

Service géologique régional “Midi-Pyrénées” 3, rue Marie Curie / Bât. ARUBA BP 49 31527 – Ramonville-Saint-Agne - France Tél. : 05 62 24 14 50

gestion des systèmes aquifères alluviaux dans le bassin

Documents