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L'eau dans le milieu

Paternit - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales l'Identique : http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/fr/

FRANOIS LAURENT ET NADIA DUPONT

Juin 2011

Table des matires

Introduction 5

I - Dterminants naturels de la variabilit spatiale et temporelle de l'eau dans le milieu 7

A. L'eau dans le monde......................................................................................7 1. Des prcipitations ingales.................................................................................................7 2. vaporation, pluie efficace et coulement.............................................................................9 3. De l'coulement la ressource en eau...............................................................................11

B. Le contexte hydro-climatique et sa variabilit spatio-temporelle l'chelle d'un pays ou d'une rgion........................................................................................13

1. Exemple de la France mtropolitaine..................................................................................13 2. Exemple de la Guadeloupe...............................................................................................15

II - Diffrenciations eaux de surface/eaux souterraines 17

A. Introduction...............................................................................................17

B. Les eaux de surface.....................................................................................18

C. Les eaux souterraines..................................................................................19 1. Quelques notions............................................................................................................19 2. 2 types de nappes souterraines.........................................................................................20 3. Les principaux rservoirs aquifres....................................................................................21 4. L'exploitation des nappes souterraines en France................................................................22

III - Zones humides et cologie des milieux aquatiques 23

A. Dfinitions et rles......................................................................................23

B. tat et prservation.....................................................................................24

IV - Impacts des activits humaines sur les coulements 27

A. Le rle de l'occupation du sol........................................................................28 1. Prsentation...................................................................................................................28 2. L'agriculture...................................................................................................................29 3. L'emprise de l'agriculture sur les bassins versants des grands fleuves du monde.....................29 4. L'urbanisation.................................................................................................................30

B. Impact des amnagements de cours d'eau.....................................................31 1. La Volga : un cours d'eau trs amnag.............................................................................31 2. Les impacts....................................................................................................................33

3

C. Impacts des prlvements d'eau sur les milieux aquatiques.............................34

V - Impacts des activits humaines sur la qualit de l'eau : pollutions 35

A. Typologie des polluants................................................................................36

B. Normes et classification...............................................................................37

C. Les pollutions urbaines................................................................................37

D. Les pollutions d'origine agricole....................................................................38

E. De nouvelles techniques agricoles pour rduire les impacts de l'agriculture.........40

VI - Bibliographie 43

VII - Questionnaires Choix Multiples 45

Conclusion 51

Solution des exercices 53

Glossaire 57

Signification des abrviations 59

Bibliographie 61

Crdit des ressources 63

4

Introduction

Dans ce grain 1, les fondamentaux sur le cycle de l'eau seront prsents succinctement. L'ouvrage numrique introductif l'environnement et au dveloppement durable (UVED) peut tre consult pour un approfondissement plus important, notamment le chapitre Dynamique des ressources naturelles (lien web1) et galement le film Canal U (lien web2).L'eau ne constitue une ressource pour l'homme que lorsqu'il y a une adquation spatiale et temporelle entre l'eau disponible dans le milieu et les besoins d'une socit. Si cette disponibilit fait dfaut des amnagements sont raliss pour :

Transporter l'eau sur les lieux de consommation au moyen de canaux ou de canalisations ;

Stocker l'eau pour la priode d'usage au moyen de barrages.La quantit ne suffit pas pour rpondre aux besoins, la qualit est galement une condition ncessaire et fortement limitante pour des usages comme l'alimentation en eau potable ou certaines industries (agro-alimentaires, lectronique).Pour comprendre les problmatiques d'usages de l'eau, il est donc ncessaire d'identifier, au pralable, les facteurs qui dterminent la variabilit spatiale et temporelle des flux d'eau.

1 - http://www.uved.fr/ouvrage-numerique/differentes-entrees/entrees-module-2.html2 - http://www.canalu.tv/producteurs/universite_rennes_2_crea_cim/dossier_programmes/dynamique_des_ressources_naturelles

5

I - Dterminantsnaturels de lavariabilitspatiale ettemporelle del'eau dans lemilieu

I

L'eau dans le monde 7

Le contexte hydro-climatique et sa variabilit spatio-temporelle l'chelle d'un pays ou d'une rgion 13

Cls de comprhension

1. La variabilit de la ressource en eau s'explique par des facteurs naturels et sociaux

2. La lecture de cette variabilit spatiale et temporelle peut s'effectuer diffrentes chelles

3. Les ingalits de la ressource induisent des espaces et/ou des priodes de stress voire de pnurie d'eau

A. L'eau dans le monde

1. Des prcipitations ingales

La distribution des ressources en eau dans le monde est trs ingale, elle est dtermine par diffrents facteurs climatiques et gologiques.

7

Les prcipitations sont le premier dterminant fondamental, en matire de volume et de distribution temporelle.

a) Prcipitations annuelles moyennes

Commenons par observer la carte mondiale des prcipitations de l'UNEP :

Prcipitations annuelles moyennes

Les rgions sches recevant moins de 400 mm/an :- elles correspondent aux dserts chauds et leurs marges mais aussi aux

dserts froids des latitudes polaires ;- elles se situent dans les zones sub-tropicales (Sahara, pninsule

arabique, sud de l'Iran, Kalahari...), au cur des continents (Asie centrale, Australie...), le long de littoraux balays de courants froids (dsert chilo-pruvien...), en situation d'abri orographique (Montagnes Rocheuses, Tibet...) ou aux hautes latitudes (nord du Canada et Sibrie).

A l'oppos, les rgions les plus arroses, avec plus de 1000 mm/an, se rpartissent :- Le long de l'quateur et jusqu'aux tropiques ;- Sur les faades orientales des continents pour la zone subtropicale et sur

les faades occidentales en zone tempre.- Sur les versants montagneux soumis aux flux ocaniques o le volume

des prcipitations est accru (avec plus 10 000 mm/an dans certaines montagnes tropicales).

Dterminants naturels de la variabilit spatiale et temporelle de l'eau dans le milieu

8

b) Rpartition par pays

Carte en anamorphose : la taille des pays en fonction du volume des prcipitations

La carte en anamorphose des pays en fonction du volume des prcipitations, reprsente bien cette ingale rpartition des prcipitations sur chaque continent :

L 'Amrique du Sud est largement arrose. L'Amrique du Nord est plus rtrcie et dforme au profit de son espace

tropical et sub-tropical L'Afrique est fortement dforme : le centre et le sud sont renfls alors que

le nord du continent est rtrci car trs sec (Sahara, littoral mditerranen). L'Asie des moussons (le sud-est) concentre une grande partie des

prcipitations du continent tandis que le Moyen Orient, l'Asie centrale et la Sibrie sont soumis au manque d'eau.

L'Europe tient une place proportionnelle sa superficie mais avec une faade atlantique agrandie.

ComplmentLa taille des pays est fonction de leur superficie relle multiplie par l'indice relatif du phnomne considr :Le facteur est gal au rapport entre la valeur de la variable considre dans le pays et la moyenne mondiale de la variable considre :

si le pays est mieux dot que la moyenne mondiale, ce facteur est suprieur 1

si le pays est moins bien dot que la moyenne mondiale, ce facteur est infrieur 1

2. vaporation, pluie efficace et coulement

Une partie de l'eau prcipite ne rejoint ni les cours d'eau, ni les nappes souterraines mais s'vapore.L'vaporation a lieu directement partir des surfaces en eau et indirectement par les plantes dont les racines puisent l'eau dans le sol et la rejettent par leurs stomates. On parle alors d'vapotranspiration pour englober les processus physiques et biologiques.

La part de la pluie qui n'est pas vapore, constitue la pluie efficace


9

nomme galement lame d'eau coule ou encore coulement . Elle est exprime en mm par unit de temps (mm.j-1, mm.mois-1 ou mm.an-1) ou en dbit spcifique qui est le volume coul par unit de temps et d'espace (l.s-1.km-2).

RemarqueSeule une fraction mineure des masses coules constitue rellement une ressource car une grande partie est difficilement accessible ou transite durant une priode o les besoins sont rduits ; pourtant l'coulement est souvent dsign comme la ressource en eau renouvelable , comme nous le verrons dans les cartes suivantes.Il serait plus juste de prendre comme ressource en eau renouvelable l'coulement de base. Cet coulement est assur durant la plus grande partie de l'anne grce la vidange des nappes souterraines dans les cours d'eau ; mais il est plus difficile estimer car il dpend de processus souterrains propres chaque bassin versant.

coulement (mm/an)

Analyse de la carte de l'coulement dans le monde Cette carte diffre de celle des prcipitations car elle intgre

l'vapotranspiration potentielle, ainsi :- Les zones froides disposent d'un coulement important bien qu'elles

soient sches.- prcipitations gales, l'coulement diminue avec la latitude.

9 pays se rpartissent les deux tiers de l'coulement mondial : Brsil, Russie, Chine, Canada, Indonsie, tats-unis, Inde, Colombie et Rpublique Dmocratique du Congo.

Les zones arides sont les zones avec de faibles prcipitations et une forte vaporation ; elles couvrent le tiers des terres merges et ne disposent que de 2% de l'coulement mondial.

Note : par dfinition, les zones arides sont les espaces o le rapport P/ETP est infrieur 0,5 avec P : prcipitations annuelles moyennes et ETP : vapotranspiration potentielle annuelle moyenne


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3. De l'coulement la ressource en eau

a) Ressources en eau renouvelables par habitant

Ressources en eau renouvelable actuelles par habitant en 2005 (m3/an)

Pour estimer la ressource en eau, la distribution de l'coulement doit tre confronte la rpartition de la population.

Les experts estiment que :- moins de 1 700 m3.hab-1.an-1, il y a stress en eau.- moins de 1 000 m3.hab-1.an-1, il y a pnurie d'eau, c'est--dire que le

dveloppement est fortement contraint par la disponibilit en eau et que des technologies d'conomie et de recyclage de l'eau sont incontournables pour rpondre la demande.

Analyse de la carteLa rpartition de la population est loin d'tre en adquation avec les ressources en eau renouvelables.

De nombreux pays fortement peupls sont en zone de pnurie comme le Nord de l'Afrique, le Proche et le Moyen Orient (< 1 000 m3.hab-1.an-1), cependant, certains bnficient de l'coulement provenant des espaces montagneux comme la Turquie, l'Irak ou l'Iran.

D'autres pays sont plus fortement arross, mais les densits humaines sont telles que la quantit disponible par habitant s'en trouve rduite (1 000 5 000 m3.hab-1.an-1) : l'Afrique du sud, le Mexique, l'Inde, la Chine et la plus grande partie de l'Europe.

Les pays les mieux pourvus (> 5 000 m3.hab-1.an-1) sont des pays temprs ou tropicaux humides et/ou de faible densit : l'ensemble du continent amricain, l'Afrique centrale et une partie de l'Afrique occidentale, l'Asie du sud-est, le nord de l'Eurasie et le sud-est de l'Europe.

Cette carte exprime un potentiel mais ne reflte pas les pressions sur les ressources en eau


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b) Ressources en eau renouvelables par habitant et par bassin versant

Ressources en eau renouvelables par habitant et par bassin versant (1995)

Analyse de la carteCette carte fait apparatre diffremment la ressource en eau l'chelle mondiale.La dlimitation du bassin versant prend en compte une disponibilit plus relle de l'coulement en fonction de la population au sein de ces entits fonctionnelles qui sont difficiles transgresser hormis au moyen de grands ouvrages de drivation.Les valeurs nationales cachent des variabilits internes qui peuvent tre fortes entre bassins versants notamment pour de grands pays :

Ainsi, le Brsil est largement pourvu en eau dans le bassin amazonien (> 10 000 m3.hab-1.an-1) mais souffre d'une ressource limite dans le nord-est (1 700 4 000 m3.hab-1.an-1)

L'est et le centre des tats-Unis contrastent avec le sud-ouest en situation critique (500 1 000 m3.hab-1.an-1 pour le bassin du Rio Grande)

La Chine du sud bnficie des moussons (1 700 4 000 m3.hab-1.an-1, bassin du Yangtze) et s'oppose la Chine du nord en situation de pnurie (< 500 m3.hab-1.an-1, bassin du Huang He)

L'gypte bnficie des flux du Nil provenant de la zone tropicale humide L'Espagne du Nord (l'bre) et le sud de la France (la Garonne et le Rhne)

sont, en fonction de leur population, les bassins les mieux pourvus en eau d'Europe

Selon l'analyse conduite par le World Resources Institute (Pilot Analysis of Global Ecosystems: Freshwater Systems - PAGE) :

en 1995, 41% de la population mondiale, soit 2,3 milliards de personnes, vivaient dans des bassins souffrant d'un stress en eau ; selon les tudes prospectives, ce chiffre devrait tre port 3,5 milliards soit 48% en 2025.

en 1995, 30% de la population mondiale, soit 1,7 milliards de personnes, vivaient dans des bassins en situation de pnurie ; selon les tudes prospectives, ce chiffre devrait s'lever 2,4 milliards soit 33% en 2025.

D'autres variabilits existent au sein des grands bassins mais ne peuvent pas tre restitues cette chelle


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B. Le contexte hydro-climatique et sa variabilit spatio-temporelle l'chelle d'un pays ou d'une rgion

1. Exemple de la France mtropolitaine

La pluie efficaceEn France, la moyenne interannuelle des prcipitations est estime 867 mm. an-1 (Aquastat), mais les deux tiers s'vaporent, il reste 320 mm. an-1 pour l'coulement. La moyenne interannuelle de la pluie efficace montre des espaces excdentaires sur les reliefs montagneux (par effet d'ascendance et de refroidissement des masses d'air humide entranant leur prcipitation) et sur les faades ocaniques exposes aux flux humides d'ouest. Le Bassin Parisien et le Bassin Aquitain constituent des rgions naturelles faible potentiel d'coulement ainsi qu'une partie du littoral mditerranen.

Variabilit saisonnire des pluies efficacesC'est d'octobre mars que la pluie alimente de faon consquente l'coulement. Une baisse des prcipitations durant la saison froide a un effet drastique sur le potentiel d'coulement. Les pluies d'avril septembre ont peu d'impacts sur les coulements car la demande en eau des vgtaux est importante et le sol est souvent dficitaire, l'eau de pluie reconstitue alors la rserve du sol et s'vapore ensuite sans rejoindre ni les nappes, ni les cours d'eau. Lorsque l'anne est dficitaire en pluie, l'vapotranspiration continue oprer, le flux vapotranspir est ainsi peu altr mais l'eau restante, disponible pour l'coulement, est fortement rduite. Ainsi une faible baisse des prcipitations se traduit souvent par une baisse de l'coulement beaucoup plus marque.

Pluie efficace ou lame d'eau coule annuelle (de septembre aot) moyenne 1946-2001)


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Bilan de l'eau en France

2. Exemple de la Guadeloupe

Le climat sur cet archipel est rgi par l'anticyclone des Aores et les courants d'Est des alizs dpendant de l'anticyclone.

C'est un climat deux saisons de mme dure La saison des pluies de mai dcembre : elle est marque au dbut par la

prsence des alizs humides. L'anticyclone des Aores remonte cette priode vers l'Atlantique Nord, d'o un long trajet des alizs sur l'ocan chaud et humide. Vers le mois de septembre, la zone de convergence intertropicale remonte vers le nord, d'o un temps plus perturb qui gnre des prcipitations fortes, des temptes tropicales et parfois des cyclones.

La saison sche de janvier avril : il souffle alors les alizs frais de secteur E-N-E, l'anticyclone des Aores s'efface au profit des anticyclones d'Amriques du Nord et des Bermudes. Les prcipitations sont donc moins importantes. Pendant la deuxime priode de cette saison, les alizs se renforcent et reviennent secteur Est.

Les quantits de prcipitations varient fortement en fonction de la position des versants par rapport la circulation des alizs

les versants sous le vent sont protgs par les reliefs et sont donc plus secs. Par exemple sur le versant sous le vent de la Soufrire, le total annuel des prcipitations est de 1 000 mm sur le littoral et 8 000 mm dans les secteurs les plus levs.

Les secteurs abrits indiquent des variations de pluies entre la saison sche


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et la saison humide assez faibles (le rapport entre le total mensuel maximum et le total mensuel minimum est de 2). Les secteurs proches du littoral montrent une variation plus forte entre les deux saisons (rapport de 4 entre les deux extrmes mensuels).

les versants au vent reoivent de plein fouet les systmes perturbs et cumulent donc les maximums de prcipitations. Ainsi, le total annuel de prcipitations et de 2 500 mm sur le littoral sur ce versant.

Ces rgions sont marques par des vents violents (suprieurs 60 km.h-1), avec la prsence de rafales suprieures 200 km.h-1 lors des passages des cyclones.Dans cette rgion humide, les tempratures varient peu entre le deux saison, d'o une ETP prsente toute l'anne et peu variable : entre 3,6 et 4,8 mm/jour en moyenne annuelle, avec de minimum en dcembre de 2,5 4 mm/jour et de maximum d'avril juillet de 4,3 5,5 mm/j.D'un point de vue hydrologique, l'coulement est important toute l'anne, la plupart des cours d'eau indiquent deux minimas, le plus marqu en fvrier mars et le second en juin- juillet.

Saison des pluies et saison sche en Guadeloupe


15

II - Diffrenciationseaux desurface/eauxsouterraines

II

Introduction 17

Les eaux de surface 18

Les eaux souterraines 19

A. Introduction

Cls de comprhension

1. Les eaux de surface et les eaux souterraines possdent des dynamiques trs diffrentes

2. La disponibilit des eaux de surface dpend des facteurs environnementaux prsents sur le bassin versant

3. Les eaux souterraines peuvent correspondre une ressource de qualit, mais cette ressource est ingalement rpartie sur le territoire.

Les eaux de surface regroupent toutes les eaux s'coulant la surface du sol, des versants jusqu'aux cours d'eau, en passant par les mares, les tangs et les lacs.Les eaux souterraines sont les eaux qui se sont infiltres depuis la surface pour circuler ensuite dans le milieu souterrain plus ou moins profond.

Ces deux types d'eau possdent des dynamiques trs diffrentes Temps de rponse rapides pour les eaux de surface : la crue suit les fortes

pluies de quelques heures quelques semaines selon la taille du bassin versant.

Temps de rponse longs dans les milieux souterrains : vitesses de renouvellement de l'ordre de quelques semaines plusieurs annes, et mme jusqu' plusieurs millnaires pour les nappes profondes.

changes entre eaux de surface et eaux souterraines Sources sur les versants, Infiltration dans les berges des cours d'eau.

17

changes entre les eaux de surface et les eaux souterraines

B. Les eaux de surface

En ralit, tout coulement de surface ne peut pas tre considr comme une ressource car une grande partie s'coule lors de crues. Ce n'est que la fraction qui prsente une certaine stabilit durant l'anne (ou en tous cas durant les priodes d'usage de l'eau) qui peut tre considre comme une ressource.

RemarqueLa fonction des barrages est bien souvent de retenir les eaux de crue pour qu'elles servent en priode d'tiage.

Le rgime des cours d'eau est fonction de multiples facteurs qui expliquent de fortes variabilits spatio-temporelles dans l'coulement de surface :

La nature du sol et du sous-sol, favorables l'infiltration ou au ruissellement : plus un sol prsente une texture grossire, plus l'eau s'y infiltre rapidement, les valeurs suivantes donnent des ordres de grandeur de la vitesse d'infiltration dans un sol saturation (Cf. tableau de la permabilit en fonction de la texture). Dans un bassin au sous-sol calcaire et au sols limono-calcaires par exemple, la densit du rseau hydrographique est faible car l'eau circule essentiellement en profondeur, les cours d'eau principaux sont aliments par des rsurgences de nappes.

Diffrenciations eaux de surface/eaux souterraines

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Texture du sol Permabilit saturation en mm/h

Argile 0,001 0,01

Argile limoneuse 0,01 0,02

Limon 0,6 1

Sable limoneux 2 5

Sable 20 100

La nature et la variabilit saisonnire de l'alimentation (pluie, fonte des neige, fonte des glaces).

La pente : la vitesse du ruissellement est fonction de la pente, ainsi sur un bassin versant accident, lors de fortes pluies ou lors de pluies suivant une priode humide, le ruissellement aboutit rapidement aux cours d'eau sans avoir le temps de s'infiltrer.

Le couvert vgtal : la vgtation a un double effet limitant le ruissellement : elle accrot l'vapotranspiration et elle amliore la permabilit du sol (d'un facteur 2 3 par rapport un sol nu) ; sur des bassins dnuds, la pluie produira une augmentation des dbits des cours d'eau plus massive et plus rapide que sur des bassins densment vgtaliss (fort ou prairie).

Ainsi, les ressources en eaux de surface varient fortement selon la variabilit de ces facteurs.

C. Les eaux souterraines

1. Quelques notions

L'espace de rfrence des eaux souterraine correspond l'aire d'alimentation : espace d'infiltration de l'eau vers la nappe souterraine, il peut diffrer de l'extension du bassin versant de surface car les nappes ont des gomtries diffrentes.

Cf. bloc diagramme des changes entre eaux de surface et eaux souterraines (cf. 'Introduction' p 18)

La Zone Non Sature : l'eau gravitaire, provenant de l'infiltration dans le sol, s'y coule verticalement lors d'pisodes de pluie efficace pour recharger ensuite la zone sature.

La Zone Sature : c'est la nappe souterraine qui lorsqu'elle est exploitable est nomme aquifre.L'aquifre est caractris par :- sa configuration (contours, dimensions, limites),- sa localisation dans le sous-sol (profondeur, paisseur)- ses proprits intrinsques (granulomtrie, ptrologie, gochimie,

fissuration, dformation...).

Les conditions aux limites conditionnent les changes entre l'aquifre et son


19

environnement : limites impermables (argiles, socle granitique non fissur...) ou limites permables responsables d'apports ou de pertes.Les proprits hydrodynamiques de la zone sature sont exprimes au travers de diffrentes variables :

La permabilit : capacit du milieu se laisser traverser par un flux d'eau, elle est exprime en m.s-1

La porosit : exprime la capacit de stockage de l'eau, elle reprsente la proportion volumique des vides au sein d'une roche.

2. 2 types de nappes souterraines

Nappes libres / nappes captives une nappe est libre lorsqu'elle communique directement avec la surface, sa

recharge provient directement de l'infiltration verticale partir de la surface du sol.

une nappe est captive lorsqu'un cran impermable la spare de la surface (par exemple une couche argileuse ou marneuse impermable), la nappe est alors emprisonne sous pression entre deux couches impermables ; sa recharge s'effectue latralement dans des espaces o la nappe devient libre ou au contact de matriaux semi-permables.

Nappes libre et captive


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Nappes en milieu fissur / nappes en milieu poreux En milieu fissur, l'eau circule dans des fissures entre des blocs de roche peu

ou pas permables : failles, diaclases, karsts (cavits de dissolution ouvertes dans les roches carbonates).

En milieu poreux, les grains de la roche sont spars par des vides communiquant entre eux au sein desquels l'eau peut circuler : sables, graviers, etc.

Nappes en milieu fissur / poreux

3. Les principaux rservoirs aquifres

Les nappes alluviales des cours d'eau formes de graviers et de sables. Ils constituent 60% des eaux souterraines captes en France. Ce sont des aquifres libres.

Les nappes prsentes dans les roches sdimentaires (sables, calcaires) des grands bassins sdimentaires (Bassin Parisien, Bassin Aquitain). Ces aquifres sont libres ou captifs selon s'ils sont recouverts ou non de couches sdimentaires argileuses ou marneuses.

En rgion de socle ou de montagne, la gomtrie compartimente ainsi que le volume rduit des formations permables, donnent des magasins aquifres moins productifs ; dans certains cas, ce sont les eaux circulant dans les failles qui sont exploites.


21

4. L'exploitation des nappes souterraines en France

200 aquifres d'ampleur rgionale (100 100 000 km) ont t identifis par le BRGM.

Cela correspond un volume de 2 000 milliards de m3 mais le flux exploitable les renouvelant s'tablit 20 milliards de m3 (rappelons que l'coulement total en France est de 170 milliards de m3 par an).

Ce sont 25 nappes captives et 175 nappes libres.

Les ouvrages d'exploitation des nappes Les puits sont des ouvrages de plus de 50 cm de diamtre et de quelques

mtres quelques dizaines de mtres de profondeur. Les forages sont des ouvrages de faible diamtre et de plusieurs dizaines

plusieurs centaines de mtres de profondeur.

Avantages relatifs des eaux souterraines versus les eaux de

surface

Inconvnients relatifs des eaux souterraines versus les eaux de

surface

Variation saisonnires moins marques pour les eaux souterraines (effet tampon).

Retardement et rduction des pollutions par filtration et puration naturelle en milieu souterrain (mais seulement lorsque les polluants sont dgradables).

Identification dlicate de la ressource souterraine, due la variabilit spatiale des permabilits et des zones de convergence de l'coulement, les limites des aires d'alimentation sont difficiles tablir.

Accessibilit : ncessit de puits ou de forages quips de pompes, pouvant tre profonds et donc coteux.

RemarqueDu fait de leur moindre vulnrabilit aux pollutions, l'alimentation en eau potable provient en priorit d'eaux souterraines. En France, elles constituent les deux tiers des volumes prlevs cette fin. Ceci n'est pas le cas de nombreux autres pays qui ont choisi de mobiliser prfrentiellement les eaux de surface du fait de leur identification et de leur captage plus aiss.


22

III - Zones humides etcologie desmilieuxaquatiques

III

Dfinitions et rles 23

tat et prservation 24

Cls de comprhension

1. Les zones humides sont des milieux spcifiques qui jouent un rle important dans la prservation de la ressource

2. Leur forte dgradation justifie les politiques de prservations actuelles

A. Dfinitions et rles

DfinitionIl en existe plusieurs :

Code de l'environnement : terrains, exploits ou non, habituellement inonds ou gorgs d'eau douce sale ou saumtre de faon permanente ou temporaire ; la vgtation, quand elle existe, y est domine par des plantes hygrophiles, pendant une partie de l'anne (Art. L.211-1).

Convention Ramsar : tendues de marais, de fagnes, de tourbires ou d'eaux naturelles ou artificielles, permanentes ou temporaires, ou l'eau est stagnante ou courante, douce, saumtre ou sale, y compris des tendue d'eau marine dont la profondeur mare basse n'excde pas six mtres .

RlesLes milieux humides ont un rle important dans le cycle de l'eau terrestre :

Rle tampon : il se chargent en priode de forte prcipitations et alimentent le rseau en priode plus sche

Zone de circulation lente : ce sont des lieux de stockage (sdiments, matire organique, pollution)

La prsence d'une diversit faunistique et floristique importante permet une

23

puration de l'eau transitant dans ces zones . Ce stockage peut atteindre : 90% des matires en suspension, 86 % pour l'azote organique, 84% pour le phosphore, 78% pour l'azote ammoniacal et 64% pour le carbone organique (Site web3)

Ce sont des zones d'intrt cologique important (espces remarquables, biodiversit), milieux dont dpendent de nombreuses espce (50% des espces d'oiseaux, des batraciens, des poissons...)

B. tat et prservation

tatAujourd'hui de nombreuses zones humides sont en danger ou ont dj disparu dans le monde et particulirement en France. En France mtropolitaine, la situation tait value comme grave en 1990 (87% des zones humides considres comme dgrades) et semble ensuite s'tre stabilise (IFEN, L'volution des zones humides d'importance majeure entre 1990 et 2000, 4 pages n122, 2007)Leur dgradation est due :

Aux activits agricoles (mise en culture, drainage...), l'urbanisation et aux infrastructures routires, la modification des coulements et aux pollutions.

Une forte dgradation de ces milieux a des rpercussions sur le fonctionnement du rseau hydrographique et sur la qualit de la ressource dans son ensemble.

PrservationOutre la convention Ramsar, les tats et notamment la France, ont mis en place une rglementation visant protger ces milieux. Les zones humides sont dfinies en France dans le code de l'environnement, leur prservation est reconnue d'intrt gnral. Elles sont aujourd'hui de plus en plus rpertories l'chelle locale pour en permettre leur prservation. Certaines sont aujourd'hui des aires protges notamment le cadre de Natura 2000 ou de ZICO (Zones importantes pour la conservation des oiseaux).

3 - http://www.zones-humides.eaufrance.fr/

Zones humides et cologie des milieux aquatiques

24

Pression des activits humaines en 2000 sur les zones humides selon les types ONZH

volution des diffrents types de zones humides entre 1960-1980, 1980-1990 et 1990-2000 dans les zones de l'ONZH (Observatoire des Zones Humides)

Zones humides et cologie des milieux aquatiques

25

IV - Impacts desactivitshumaines sur lescoulements

IV

Le rle de l'occupation du sol 28

Impact des amnagements de cours d'eau 31

Impacts des prlvements d'eau sur les milieux aquatiques 34

Cls de comprhension

1. Le cycle de l'eau touchant l'ensemble des compartiments terrestres, l'action de l'homme sur celui-ci est multiforme

2. L'action anthropique modifie les paramtres de ce cycle et induit des changements quantitatifs de l'coulement

3. Ces dgradations quantitatives ont un impact sur la ressource et sur sa disponibilit

En transformant leur environnement, les socits modifient le cycle de l'eau. Les transformations se font sentir diffrentes chelles. Nous ne parlerons pas ici des effets de l'occupation du sol, de la combustion d'nergies fossiles ou de l'levage sur le climat et donc sur le cycle de l'eau (pour cela se reporter aux cours UVED portant sur le changement climatique). Mais, nous analyserons l'impact des activits humaines au sein d'une unit hydrologique : un bassin versant ou une nappe souterraine. Les effets des prlvements d'eau sur les milieux seront traits plus loin.Nous distinguerons :

Les activits humaines qui ont un impact sur les versants en intervenant sur l'occupation du sol,

Les amnagements des cours d'eau, Les prlvements.

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A. Le rle de l'occupation du sol

1. Prsentation

Le sol est un compartiment essentiel du cycle de l'eau. Il constitue l'interface entre l'atmosphre et le milieu souterrain. Sa nature, son tat et sa couverture vont dterminer le rapport entre l'infiltration et le ruissellement.Un sol naturel, couvert d'une vgtation dense, prsente une permabilit plus leve qu'un sol dnud et dstructur de texture identique (teneur en argiles, limons et sables) : l'eau des prcipitations s'y infiltre plus facilement.

Le dveloppement des activits humaines a jusqu' prsent t de pair avec : l'artificialisation des sols par l'urbanisation ; la rduction du couvert vgtal par le dboisement ou le retournement

des prairies au profit de cultures, laissant le sol dnud entre leurs rangs ou aprs leur rcolte.

Ces deux actions produisent gnralement un accroissement du coefficient de ruissellement. Ceci a des consquences avres sur :

La diminution du dlai entre les vnements pluvieux intenses et les pics de crue dans les cours d'eau,

L'augmentation du volume des crues.

Sol couvert de vgtation naturelle, sol agricole dnud et sol urbain

Impacts des activits humaines sur les coulements

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2. L'agriculture

L'agriculture gnre des impacts sur les coulements (irrigation, modification du bilan hydrique, rduction de permabilit des sols) et sur la qualit de l'eau (nitrates, phosphore et pesticides)

Les impacts ne sont pas seulement fonction de la proportion d'occupation du sol en surfaces agricoles, mais aussi de la nature des cultures et des pratiques agricoles,

L'intensification a rim jusqu' prsent avec dgradation des ressources en eau,

L'enjeu actuel est que l'agriculture s'oriente vers un meilleur respect du milieu tout en maintenant une productivit leve afin de rpondre au dfi alimentaire mondial, ce qui est qualifi par certains d'agriculture cologiquement intensive , diffrentes expriences ont montr leur efficacit conomique et cologique (cf. encadr et photos, plus bas).

Le drainage agricole

Contrairement ce qui est souvent dit, le drainage agricole n'accrot pas les vitesses d'coulement. Au contraire, des exprimentations ont montr une rduction du coefficient de ruissellement sur parcelles draines (site de la Jaillre, en Loire-Atlantique, France, suivi par Arvalis).Dans un sol limoneux sur schiste, le coefficient de ruissellement passe ainsi de 60-80 % en priode hivernale sur sol non drain moins de 10 % sur sol drain. Mais ces effets peuvent tre trs diffrents sur des sols naturellement plus drainants.Cependant, l'chelle du bassin versant, le recalibrage des fosss et la disparition des espaces tampons, associs aux travaux de drainage agricole, ont l'effet inverse en diminuant les obstacles l'coulement de l'eau (sans que ces consquences aient t quantifies). Le bilan du drainage agricole est donc complexe l'chelle d'un bassin versant, et trs variable suivant les contexte gologiques et le rseau hydraulique mis en place.

Sur cette photo, le sol est laiss nu aprs la rcolte, les engins agricoles ont tass le sol


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3. L'emprise de l'agriculture sur les bassins versants des grands fleuves du monde

Emprise de l'agriculture sur les bassins versants des grands fleuves du monde

Analyse de la carteLes bassins versants o l'emprise de l'agriculture est la plus forte sont situs en Europe, en Inde, au Pakistan, en Chine, dans l'est et le sud-est du Brsil et au centre des tats-Unis et du Canada.Les coulements s'y trouvent modifis et la qualit de l'eau y est souvent dgrade par des nutriments lessivs, des particules issues de sols rods et des pesticides.

4. L'urbanisation

L'urbanisation affecte le plus fortement la circulation des eaux. Une grande partie des surfaces est en effet rendue impermable : chausses, trottoirs, parkings, toitures... L'eau s'coule rapidement sur ces surfaces et est achemine vers le rseau hydrographique par des canalisations sans s'infiltrer dans le sol.- L'vapotranspiration est donc fortement rduite.- Les coulements sont plus massifs et rapides que dans les zones au sol

naturel. Ainsi, les aires urbaines mettent des coulements qui accroissent les

risques d'inondation en aval. De plus, des polluants sont lessivs et transfrs partir des surfaces

impermabilises, sans pouvoir tre filtrs par les sols : rsidus d'hydrocarbures, djections animales, particules de pneumatiques ou de mtaux...


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Ces eaux issues des surfaces de ruissellement urbain sont nommes eaux pluviales et prsentent donc des risques de pollution et d'inondation.

L' urbanisation en France vise aujourd'hui rduire ces impacts par la ralisation de chausses semi-permables, par des bassins de rtention, par l'augmentation de la part des surfaces vgtalises, voire par la cration de vritables zones humides au sein des quartiers.

Bassin de rtention l'aval d'une zone rcemment urbanise : lors de fortes pluies, l'coulement converge dans le bassin dont le dbit de sortie est limit par les canalisations section rduite, le bassin se rempli alors et tamponne le dbit.

B. Impact des amnagements de cours d'eau

L'artificialisation des rseaux hydrographiques est un phnomne prsent sur l'ensemble des continents et tout particulirement en Europe et en Amrique du Nord. Elle est due la mise en place d'un nombre croissant d'ouvrages hydrauliques qui modifient le trac des cours d'eau. Ces amnagements sont associs des usages de l'eau : canalisation pour la navigation, barrages pour la production lectrique ou l'irrigation, l'alimentation en eau usage domestique... Ils peuvent galement tre entrepris afin de limiter l'emprise des cours d'eau sur des territoires pour permettre une valorisation agricole ou l'extension des zones urbanises dans les plaines alluviales.L'exemple de l'amnagement du bassin de la Volga permet d'aborder l'impact des infrastructures de type barrage.

1. La Volga : un cours d'eau trs amnag

Prsentation du fleuveLa Volga est le plus long fleuve d'Europe. Son bassin se situe dans la fdration de Russie. Elle prend sa source 228 m d'altitude dans les monts Valdayskaya. Elle s'coule du nord au sud comme la plupart de ses affluents dont les plus importants sont : l'Oka, la Belaya, la Vyatka et Kama. Son bassin versant est de 1 360 000 km2 et sa longueur est de 3 531 km. Elle traverse des zones vgtation naturelle diffrentes : taga, forts mixtes et steppes. Une partie de son bassin est semi-aride et aride. Les villes les plus importantes de son bassin sont Moscou, Volgograd et Nisjij-Novgorod. Le delta de la Volga, son arrive dans la mer Caspienne, montre une division du fleuve en plus de 275 chenaux recouvrant une surface de 12 000 km2.Le module annuel de la Volga est de 8 000 m3.s-1 son embouchure en mer


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Image3

Caspienne, son dbit varie entre 20 000 et 36 000 m3.s-1 en hautes eaux et 3 000 5 000 m3.s-1 en basses eaux. Avant la construction des barrages, la rivire apportait la mer Caspienne 25,5 millions de tonnes de sdiments en suspension. Le rgime naturel de la Volga est de type nival avec un tiage marqu d'aot mars. 61% du volume annuel s'coule entre avril et juillet et 48% au cours des mois de mai et juin. Un tel rgime est propice l'amnagement hydrolectrique de type rservoir, car il permet la mise en rserve d'un stock d'eau trs important pendant seulement quatre mois pour une utilisation tout le reste de l'anne et notamment lors des mois d'hiver ou la demande en lectricit est maximale.La Volga met en communication la Mer Baltique et la Mer Blanche, avec le vieux canal Marie rnov et le canal Volga Baltique (249 km), elle est relie Moscou par le canal Volga-Moskova et la mer Noire par le canal Volga-Don.

L'amnagement du bassinL'objectif de l'amnagement du fleuve est la production d'nergie mais aussi l'amlioration de la navigation, et le dveloppement de l'irrigation dans la partie aval du fait du climat semi-aride qui y rgne.La difficult d'amnagement de ce bassin vient de sa morphologie : c'est une vaste tendue plane. La Volga possde donc sur tout son cours 9 rservoirs sur une longueur cumule de 2 560 km. Il en existe 3 sur son affluent la Kama et 1 sur la Cheksna. Cet ensemble a t construit aprs la seconde guerre mondiale. Un nouveau projet a dmarr en 1998 pour la construction de 3 barrages sur l'affluent la Belaya.

La Volga


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Les rservoirs ont submerg 26 000 km2 au total. Avec une capacit de stockage d'un volume d'eau de 90 km3.Ce sont des barrages hydrolectriques de type barrage trombes , avec une hauteur de chute maximale. Ainsi, lors du fonctionnement du barrage la variation du niveau d'eau atteint les 7-8 m pour le barrage de Kamsk. La production hydrolectrique est surtout rserve au pic de consommation les dbits de la rivire en sortie de barrage passent donc de 0 m3.s-1 16 000 m3.s-1 lorsque les turbines fonctionnent au maximum.

ComplmentLa production d'lectricit d'un barrage est fonction de l'nergie hydraulique libre par la lame d'eau, celle-ci est dpendante de la chute d'eau et du volume d'eau mis en jeu.

L'ennoiement de surfaces lors de la construction des barrages, induit un dplacement important de populations implantes au bord du fleuve. On estime dans le cas de la Volga un dplacement de 640 000 personnes avec notamment 150 000 et 116 000 pour les deux retenues les plus vastes. Les terres submerges taient essentiellement utilises comme prairies de fauches et pturage avec quelques surfaces laboures.

2. Les impacts

Les impacts sur le fonctionnement du cours d'eau Au niveau des retenues

- Variation de niveau sur des surfaces assez planes dcouvrement de vastes surfaces entre le niveau haut de la retenue et le niveau bas en fin d'hiver glissements de terrain importants sur les berges des retenues (pertes de 15 20 000 hectares de terres).

- Remonte des nappes souterraines associes au cours d'eau dveloppement de marcages proximit des retenues (estimes 255 000 hectares).

Dans le cours d'eau- Barrage trombe propagation d'une crue hydrolectrique (pointe

16 000 m3.s-1 au niveau de Volgograd lors de la pointe de la demande en lectricit) rosion sur les berges du cours d'eau en aval de chaque barrage, accentue par le pigeage des sdiments dans les rservoirs ce qui diminue donc fortement le transport solide de la rivire.

Les impacts sur l'cosystme aquatique Production de pche dans les retenues faiblesse de la production d'alevins

due aux variations des niveaux d'eau non compatible avec l'existence de certaines espces de poissons (carpes, brmes, brochets). De plus, l'eutrophisation du fait de l'accumulation de matires organiques dans les retenues, altre le dveloppement de ces poissons.

Un rel point noir : la mer Caspienne :- Naturellement, le delta de la Volage tait inond lors de la crue annuelle

au printemps et constituait ainsi un espace de frayres (notamment pour l'esturgeon contenant le fameux caviar de la Mer Caspienne)

- Le dernier barrage doit dclencher une crue similaire pour prserver ce fonctionnement, mais le dclenchement n'est pas toujours effectuer correctement ce qui gnre une forte diminution des prises de poissons


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de valeur dans la Caspienne . Les remontes des poissons dans le cours de la Volga sont bloques par les

barrages.

* *

*

La Volga est l'exemple mme d'un amnagement de trs grande ampleur sur tout le bassin avec une optimisation de la ressource en eau la fois pour l'nergie, mais aussi pour la pche et pour l'irrigation. Lors de sa mise en place, les effets de ce type d'amnagement taient peu connus, la bureaucratie de l'ex-URSS avec la surpuissance du ministre de l'nergie a aggrav le phnomne en ne prenant pas en compte les recommandations formules dans les tudes. Aujourd'hui, le fonctionnement des barrages n'est plus sous forme de trombe mais l'amnagement est l et a fortement destructur le fonctionement naturel du bassin et du delta avec une perte importante au niveau biologique.

C. Impacts des prlvements d'eau sur les milieux aquatiques

DfinitionUn prlvement est une extraction de l'eau du milieu naturel o elle s'coule, pour un usage quelconque.

Lorsqu'on value les impacts quantitatifs des prlvements, il convient de s'intresser aux consommations nettes (prlvements pour lesquels l'eau n'est pas restitue aprs usage dans le milieu mais vapore ou transporte loin de son lieu de prlvement). En effet, les prlvements correspondant une faible consommation nette diffrent simplement l'coulement dans le temps ce qui a des consquences quantitatives assez limites sur les milieu ou sur les autres usages en aval (mais il peut y avoir une dgradation qualitative, comme nous l'tudierons plus loin).Pour autant, dans le cas de certains usages peu consommateurs, les restitutions de l'eau aprs usage ne se font pas ncessairement dans le milieu o l'eau a t prleve : c'est le cas par exemple des prlvements en nappe souterraine pour l'alimentation en eau potable, les eaux rsiduaires sont diriges vers des stations d'puration qui rejettent l'eau traite dans le milieu superficiel et non souterrain. Ces transfert d'eau peuvent avoir des impacts importants sur les milieux. Les prlvements qui engendrent une forte consommation nette, lie le plus souvent une forte vaporation lors de l'usage de l'eau, entranent une perte d'coulement qui nut aux quilibres cologiques des milieux aquatiques et qui pnalise les usagers en aval. Ceci est le cas de l'irrigation, puisque l'eau sert au dveloppement des cultures, elle est en majeure partie vapotranspire et ne retourne pas dans le milieu o elle a t prleve. D'autre part, l'irrigation s'accompagne de pertes importantes lors de l'acheminement de l'eau aux parcelles cultives dans les pays sous-dveloppes aux systmes d'adduction d'eau souvent archaques. On estime que les pertes par vaporation et infiltration dans les canaux et barrages s'lvent la moiti des prlvements mondiaux en eau d'irrigation.


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V - Impacts desactivitshumaines sur laqualit de l'eau :pollutions

V

Typologie des polluants 36

Normes et classification 37

Les pollutions urbaines 37

Les pollutions d'origine agricole 38

De nouvelles techniques agricoles pour rduire les impacts de l'agriculture 40

Cls de comprhension

1. De trs nombreuses actions anthropiques produisent une diminution de la qualit des milieux et le plus souvent de leur richesse

2. Les polluants prsents dans les milieux aquatiques montrent une diversit et complexit croissante

3. Cette pollution touche l'ensemble des compartiments du systme 4. Elle remet en cause la disponibilit de la ressource en eau et sa

renouvelabilit

Les usages de l'eau et des sols ont des impacts sur la qualit des ressources en eau en introduisant dans les systmes aquatiques des lments qui perturbent leur fonctionnement et qui rduisent les capacits d'usages de ces milieux.La pollution correspond une dgradation du milieu naturel, elle fait rfrence des normes rglementaires ou tout du moins scientifiques. Est considr comme polluant un lment qui reprsente un risque avr ou potentiel sur la sant humaine et/ou sur les milieux naturels.

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A. Typologie des polluants

Les matires organiquesElle sont naturellement mises par les vgtaux et animaux mais elles peuvent galement tre dverses par des levages ou des industries. Leur surplus dans le milieu entrane alors une asphyxie de celui-ci du fait de leur minralisation qui absorbe l'oxygne.

L'azoteIl est responsable de frquents dpassements de normes en Europe. Il provient des eaux uses domestiques, des effluents industriels (agro-alimentaires, papeteries...) et principalement du lessivage des engrais et effluents d'levage dans les zones agricoles. Prsent sous forme organique ou ammoniacale (NH4+) dans les effluents, il se transforme en nitrate (NO3-) dans le milieu naturel. Les nitrates sont fortement souponns d'avoir des effets cancrignes sur les organes digestifs de l'homme et ils dsquilibrent les cosystmes aquatiques.

Le phosphoreIl provient des eaux uses domestiques, des effluents industriels, de l'rosion des sol enrichis en phosphore par les engrais et les effluents d'levage. Il ne reprsente pas de risque direct pour la sant humaine mais, encore plus que l'azote, il menace les milieux aquatiques continentaux d'eutrophisation (voir plus loin). Le traitement des eaux riches en algues gnre des surcots pour les stations de traitement d'eau potable. Les rsidus organiques peuvent s'associer du chlore dans les rseaux de distribution pour former des composs organo-chlors cancrignes.

Les mtaux lourds (cadmium, plomb, chrome, mercure, zinc...)Ils sont contenus dans les effluents de certaines industries (mtallurgie, traitement de surface, automobile, industrie du chlore, plasturgie...). A des concentrations trs faibles, de l'ordre de quelques dizaines de g.l-1, ils prsentent des risques cancrignes, tratognes (malformation du ftus), d'atteinte du systme nerveux ou respiratoire. Ils s'accumulent dans la chane alimentaire en tant stocks dans les organismes qui les ingrent (bioaccumulation).

Les hydrocarburesIls sont contenus dans certains effluents industriels et produits par le lessivage des sols urbains, des routes, par les fuites de stockages ou lors d'accidents. Ils sont toxiques trs faible concentration pour la sant humaine (cancrignes et tratognes) et dgradent les cosystmes aquatiques.

Les produits phytosanitaires (pesticides)Dsherbants, insecticides et fongicides, ils sont composs de molcules fortement actives sur les organismes. Ils sont utiliss en agriculture, mais aussi pour le dsherbage des voiries, le traitement des espaces verts et les jardins d'amateurs. Les risques sur la sant et les milieux naturels sont importants puisque nombre de ces produits sont cancrignes, ou entranent pour le moins une perturbation des fonction digestives, respiratoires, endocriniennes ou nerveuses, des malformations gnitales, une baisse de la fertilit masculine et des problmes immunitaires.

Impacts des activits humaines sur la qualit de l'eau : pollutions

36

B. Normes et classification

Le Systme d'valuation de la Qualit (SEQ) des eaux superficielles : 5 classes de qualit sont dfinies pour chaque paramtre mesur avec un code de couleur du bleu (trs bonne qualit) au rouge (trs mauvaise qualit).

IBGNIndice biotique global normalis, cet indice value la tendance d'volution de la qualit des eaux travers l'analyse de la macrofaune d'invertbrs benthiques. A partir des chantillons prlevs, une liste des taxons est effectus, 38 taxa sont retenus comme bio-indicateurs de la qualit des eaux. Le calcul de l'IBGN est effectu partir de la varit taxonomique de l'chantillon prlev rapporte au paramtre de la classe faunistique indicatrice : une classe bio-indicatrice d'une bonne qualit des eaux aura un paramtre faible < 5 et inversement pour les classe indicatrice d'eau pollue. La note obtenue se situe entre 1 (trs pollue) et 20 (pas du tout pollue) (source [F. Ramad] : F. Ramad).

Eau potableUne eau potable est dfinie par son usage de boisson. Les normes sont tablies en fonction de la nocivit lie une consommation quotidienne et sur le temps long. Pour dfinir une eau potable 5 types de paramtres sont utiliss : les lments microbiologiques (les organismes pathognes doivent tre absents) ; les substances chimiques, chaque lment possde une norme de concentration suivant sa nocivit ; les lments toxiques, pour lesquels les concentrations acceptes sont trs faibles (de l'ordre du g/l) ; les oligo-lments (une eau pure n'est pas potable) ; les paramtres organoleptique (couleur, odeur). Les normes ont vari au cours du temps en fonction des connaissances scientifiques et de la prsence de nouveaux lments dans l'eau (pesticides par exemple). L'OMS tablit des valeurs guides qui sont ensuite adaptes par chaque pays. Pour les pays europens, les normes sont fixes par la commission europenne (63 paramtres).

C. Les pollutions urbaines

Elles sont gnres par les rejets d'eaux uses urbaines (d'origine domestique et industrielle) et les eaux pluviales qui se chargent de polluants lors de leur transfert sur les aires urbaines. Les effluents urbains sont soit collects dans des rseaux d'assainissement puis rejets dans le rseau hydrographique, soit rejets directement dans le rseau naturel. Pour ne pas porter atteinte au milieu naturel ils devraient subir systmatiquement une puration.

Diffrents systme de collecte sont distingus : Les rseaux unitaires : toutes les eaux uses et pluviales sont collectes


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dans un seul rseau. Il dilue les eaux uses domestiques et industrielles avec les eaux pluviales. Lors de fortes pluies, des dversoirs d'orage dlestent le rseau en rejetant l'excs de dbit dans le milieu naturel, une partie du flux des polluants n'est alors pas traite.

Les rseaux sparatifs, gnralement raliss depuis les annes 1970 en France, ils sparent les eaux uses d'une part et les eaux pluviales d'autre part. Ces dernires sont recueillies dans des ouvrages spcifiquement conus pour tamponner les dbits irrguliers (bassin de rtention par exemple) et pour permettre une sdimentation. Les eaux uses sont traites dans des stations d'puration sans risque d'tre dverses dans le milieu lors de fortes prcipitations.

puration des effluents urbainsLes effluents sont purs dans des stations d'puration qui doivent tre adaptes aux flux et la nature des effluents, diffrentes formes de traitements sont utilises et peuvent tre combines :

Les traitements physiques :- Filtration mcanique des lments grossiers ;- Coagulation floculation, permet une mises en suspension ou une

dcantation des particules ;- Flottation : raclage des lments lgers (hydrocarbures) ;- Les traitements chimiques :- Neutralisation (ajustement du pH) ;- Prcipitation pour liminer des produits par dcantation, filtration .- Oxydorduction ;

Les traitements biologiques s'appuient sur la croissance de micro-organismes aux dpens de matires organiques biodgradables :- Traitement arobies (lit bactriens, boues actives, pandages) ;- Traitements anarobies (bactries anarobiques).

Les diffrents traitements produisent des eaux rsiduaires rejetes dans le rseau hydrographique naturel et des boues ou se concentre une forte charge organique. En France, ces boues sont gnralement pandues en agriculture lorsqu'elles respectent les normes (il est notamment vrifi s'il n'y a pas de risque de contamination des sols par des mtaux lourds et des hydrocarbures), sinon elle sont incinres ou dans une moindre mesure diriges vers des centres de stockage.

D. Les pollutions d'origine agricole

Pour accrotre les rendements des cultures, l'agriculture emploie des intrants et produit des effluents d'levage. Ces activits sont source de pollution des eaux lorsque la capacit de prlvement des vgtaux et d'puration naturelle des sols sont dpasses.

Diffrents phnomnes sont en cause : Le lessivage et l'rosion dans les parcelles cultives des fertilisants pandus

(effluents d'levage et engrais de synthse) et des produits phytosanitaires destins lutter contre les ennemis des cultures (insectes, maladie et plantes adventices).

La non tanchit des btiments d'levage (fosse purin, lisier, effluents issus du lavage des installations...)


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Les polluants agricoles Le phosphore : contenu dans les effluents d'levage et dans les engrais de

synthse, il se fixe sur les lments du sol (argile et matire organique) et est entran vers les cours d'eau par ruissellement. Les nappes souterraines ne peuvent donc pas tre atteintes par cette pollution. Les pollutions phosphores d'origine agricole se concentrent dans les rgion d'levage intensif.

L'azote:- Il est naturellement prsent dans le sol sous forme organique (environ

10 tN.ha-1). Une partie est minralise chaque anne sous une forme lessivable par les eaux : les nitrates.

- Les rcoltes exportent de l'azote (entre 100 200 kgN.ha-1.an-1) qui est difficilement aliment par la minralisation de la matire organique du sol, cela ncessite donc des apports de fertilisants organiques (effluents d'levage) ou minraux (engrais de synthse).

- Les cultures n'utilisent pas forcment tous ces apports notamment parce que les besoins des vgtaux peuvent tre dcals dans le temps par rapport la libration de l'azote dans le sol (accroissement des pollutions azotes en automne et hiver dans les rgion tempres ocaniques).

- Un faible lessivage d'azote suffit pour contaminer le milieu : par exemple 25 kgN/ha/an lessiv produit une concentration de 50mg/l de nitrates (norme OMS) pour des prcipitations efficaces de 200mm/an (cas de l'ouest de la France)

- Les pollutions azotes se concentrent dans les rgions de craliculture ou d'levages intensifs.

- L'azote migre par voie souterraine du fait de la forte solubilit des nitrates, les eaux souterraines sont donc touches par cette pollution et les eaux superficielles.

- Cette pollution est galement responsable des mares vertes sur le littoral de l'ouest de la France (dveloppement d'ulve)

Exemple : L'eutrophisation des milieux aquatiques Facteurs : pollution phosphore et azote, ensoleillement, faible profondeur

de l'eau, faibles renouvellement et turbulence de l'eau. Processus :

- Excdents de nutriments (phosphore et/ou azote) dveloppement phytoplanctonique turbidit chute des diatomes et chlorophyces (ncessaires au zooplancton lui-mme consomm par les poissons) ;

- Excdent du phosphore baisse du rapport N/P prolifration des cyanobactries fixatrices d'azote atmosphrique. Ces cyanobactries ne sont pas consommes par le zooplancton, leur dcomposition par des bactries appauvrit le milieu rduction des composs ferriques contenant du P dans les sdiments libration du P des sdiments.

Consquences :- Dcomposition des vgtaux consommation d'oxygne dissous

mortalit des espces baisse de la diversit ;- Cyanophyces mettent des toxines (coquillages, poissons, usagers) ;- Nuisances visuelles et olfactives (mares vertes, odeurs nausabondes

proximit des retenues et dans les baies eutrophises). Origine : rejet domestiques et industriels, agriculture. Solutions : rduire les apports en phosphore et azote (essentiellement en

phosphore en milieu continental avec un niveau N/P>10 / essentiellement en azote en milieu littoral).


39

E. De nouvelles techniques agricoles pour rduire les impacts de l'agriculture

Dans les parcelles agricoles, de nouvelles pratiques tendent rduire le ruissellement, intentionnellement ou indirectement en agissant sur la structure du sol : les couverts vgtaux en interculture (en automne et hiver), le non labour, la cration de bandes enherbes le long des cours d'eau, le contouring (sillons parallles aux courbes de niveau), l'implantation de haies perpendiculaires la pente... Ces pratiques limitent l'coulement rapide de l'eau sur les parcelle mais aussi le transfert des polluants vers les cours d'eau.

Tableau 1 Bassin du Layon - Aubance

Cette photo illustre le rle de la haie pour la rtention des eaux de ruissellement

Les pollutions agricoles peuvent aussi tre rduites en adaptant la fertilisation aux besoins rels des vgtaux, en fractionnant les apports, en favorisant la rotation des cultures qui les rend moins sensibles aux attaques de parasites et rduit ainsi l'usage de pesticides, en rimplantant la prairie dans les systmes fourragers, en semant des couverts vgtaux entre les cultures afin de piger les lments qui pourraient tre lessivs sur un sol nu... Ces techniques sont de plus en plus appliques par les agriculteurs.L'efficacit des haies dans le tamponnage des coulements et dans l'puration des polluants est variable, elle est fonction de leur implantation et du type de circulation de l'eau.


40

L'efficacit des barrire vgtales


41

VI - Bibliographie VI

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43

VII - Questionnaires Choix Multiples

VII

Plusieurs bonnes rponses sont possibles.

Exercice 1[Solution n1 p 53]

Les rgions fortement arroses dans le monde sont :

sous l'quateur

les faades occidentales des continents aux latitudes moyennes

les faades occidentales des continents aux latitudes subtropicales

le centre des continents

les ples


O se situent les rgions de faible coulement sur le globe ?

les hautes latitudes

l'ouest de l'Amrique du Nord

le bassin du Congo

l'Australie

l'Indonsie

le Tibet

45


Que reprsente l'coulement de base ?

l'coulement la base de la zone racinaire

l'coulement des cours d'eau aliment par les nappes souterraines

le ruissellement

l'coulement des cours d'eau principaux

les crues principales


Quel est le seuil de pnurie en ressources en eau ?

500 m3.an-1.hab-1

1 m3.j-1.hab-1

2 000 m3.an-1.hab-1

1 000 m3.an-1.hab-1


Qu'est-ce que la pluie efficace ?

la pluie qui n'est pas vapore

la pluie qui mouille le sol

la pluie qui s'infiltre dans le sol

la pluie qui alimente les vgtaux

Questionnaires Choix Multiples

46


Pourquoi les pluies estivales en Europe ocanique ont-elles peu d'impact sur les ressources souterraines ?

parce qu'elles ont une faible intensit journalire

parce qu'elles s'vaporent partir du sol ou des vgtaux

parce qu'elles sont utilises par l'homme


Quels sont les facteurs dterminant le ruissellement l'chelle d'un bassin versant ?

l'altitude

la pente

la permabilit du sol

la profondeur du sol

la densit vgtale

la hauteur des vgtaux

le drainage


47


Quelles sont les roches fort potentiel aquifre ?

les calcaires

les granites

les argiles

les sables

les schistes

les marnes


Qu'est-ce qu'une nappe captive ?

une nappe capte pour l'alimentation humaine

une nappe bloque latralement entre 2 couches impermables

une nappe bloque verticalement entre 2 couches impermables


Quels sont les intrts d'une nappe captive en comparaison d'une nappe libre ?

elle est plus productive

elle est moins vulnrable aux pollutions

elle est moins vulnrable aux scheresses

elle est plus facile exploiter


48


Quelles sont facteurs rduisant la pollution d'origine agricole ?

la fertilisation organique

le couvert vgtal permanent

des cultures faible rendement

la prairie

des versants compartiments en haies sur talus

une fertilisation fractionne


L'eutrophisation des plans d'eau continentaux s'explique comment ?

par les traitements phytosanitaires

par le ralentissement du dbit

par la surabondance de phosphore

par la surabondance d'azote

par la chaleur


49

Conclusion

La ressource en eau dpend d'un cycle complexe. Les interactions entre l'eau et les compartiments traverss au cours de ce cycle expliquent la fois la richesse de cette ressource et sa renouvelabilit. Pour autant cette circulation induit une fragilit de cette ressource vis--vis des actions anthropiques prsentes sur le territoire. Ces actions produisent des dgradations tant quantitatives que qualitatives qui ont un impact important sur les milieux aquatiques mais galement remettent en cause la disponibilit de la ressource.Les questions de qualit de l'eau interrogent la cohrence des politiques publiques dans leur capacit matriser les pollutions :

Quelle hirarchie donner aux actions de protection ? Comment mettre en place des politiques intgres qui rpondent diffrents enjeux

de pollution et qui ne soient pas trop spcifiques un polluant phare ou mdiatique ?

Comment moduler les actions l'chelle territoriale en tenant compte des spcificits du milieu et des activits humaines ?

Ces diffrentes questions peuvent galement tre poses dans le cadre des politiques de restauration des milieux aquatiques, de gestion quantitative de la ressource...

Sauf mention contraire, les droits de reproduction de toutes les reprsentations iconographiques ou photographiques sont rservs.

51

Solution des exercices

> Solution n1 (exercice p. 45)

sous l'quateur

les faades occidentales des continents aux latitudes moyennes

les faades occidentales des continents aux latitudes subtropicales

le centre des continents

les ples


les hautes latitudes

l'ouest de l'Amrique du Nord

le bassin du Congo

l'Australie

l'Indonsie

le Tibet

53


l'coulement la base de la zone racinaire

l'coulement des cours d'eau aliment par les nappes souterraines

le ruissellement

l'coulement des cours d'eau principaux

les crues principales


500 m3.an-1.hab-1

1 m3.j-1.hab-1

2 000 m3.an-1.hab-1

1 000 m3.an-1.hab-1


la pluie qui n'est pas vapore

la pluie qui mouille le sol

la pluie qui s'infiltre dans le sol

la pluie qui alimente les vgtaux


parce qu'elles ont une faible intensit journalire

parce qu'elles s'vaporent partir du sol ou des vgtaux

parce qu'elles sont utilises par l'homme


54


l'altitude

la pente

la permabilit du sol

la profondeur du sol

la densit vgtale

la hauteur des vgtaux

le drainage


les calcaires

les granites

les argiles

les sables

les schistes

les marnes


une nappe capte pour l'alimentation humaine

une nappe bloque latralement entre 2 couches impermables

une nappe bloque verticalement entre 2 couches impermables


55


elle est plus productive

elle est moins vulnrable aux pollutions

elle est moins vulnrable aux scheresses

elle est plus facile exploiter


la fertilisation organique

le couvert vgtal permanent

des cultures faible rendement

la prairie

des versants compartiments en haies sur talus

une fertilisation fractionne


par les traitements phytosanitaires

par le ralentissement du dbit

par la surabondance de phosphore

par la surabondance d'azote

par la chaleur


56

Glossaire

Coefficient de ruissellement

Ratio entre l'eau ruissele et l'coulement total.

Convention Ramsar

Trait international adopt en 1971 et entr en vigueur en 1975 qui a pour objectif la conservation et la gestion rationnelle de zones humides et de leur ressource.

57

Signification des abrviations

- BRGM Bureau de Recherche Gologique et Minire

59

Bibliographie

[F. Ramad] Dictionnaire encyclopdique des sciences de l'eau, F. RAMAD, ed. Ediscience, 1998

61

Crdit des ressources

Prcipitations annuelles moyennes p. 8

Source : UNEP/GRID-ARENDAL [en ligne]. 2008. [consult le 26/04/2011]

Carte en anamorphose : la taille des pays en fonction du volume des prcipitations p. 9

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/fr/, Copyright SASI Group (University of Sheffield) and Mark Newman (University of Michigan) En ligne.

coulement (mm/an) p. 10

Natural resource - water (freshwater run-off). (2008). In UNEP/GRID-Arendal Maps and Graphics Library. Retrieved 16:31, March 19, 2010 from Site web.

Ressources en eau renouvelable actuelles par habitant en 2005 (m3/an) p. 11

Source : Ressources en eau renouvelable actuelles par habitant en 2005 (m3/an). IN FAO-AQUASTAT [en ligne]. 2008. [consult le 18/05/2011] Cartes mondiales.

Ressources en eau renouvelables par habitant et par bassin versant (1995) p. 12

Source : Revenga, C., J. Brunner, N. Henninger, K. Kassem, and R. Payne. 2000. Pilot Analysis of Global Ecosystems: Freshwater Systems. Washington DC: World Resources Institute. En ligne.

Pluie efficace ou lame d'eau coule annuelle (de septembre aot) moyenne 1946-2001) p. 13

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : RNDE, E. Hellier

Bilan de l'eau en France p. 13

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : SA GREGUM UMR ESO CNRS, Martine Tabeaud

Saison des pluies et saison sche en Guadeloupe p. 15

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : Nadia Dupont

changes entre les eaux de surface et les eaux souterraines p. 18,Erreur : source dela rfrence non trouve

Ple Ressources Numriques, R. Sellin.

Nappes libre et captive p. 20

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : SA GREGUM-UMR ESO, CNRS

Nappes en milieu fissur / poreux p. 21

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : SA GREGUM-UMR ESO, CNRS

Pression des activits humaines en 2000 sur les zones humides selon les types ONZH p. 24

Ximens M.C., Fouque, C., Barnaud G., 2007. Etat 2000 et volution 1990-2000 des zones humides d'importance majeure (Document technique IFEN-ONCFS-MNHN-FNC) Orlans, Ifen. 136 p. + annexes. Figure 5, Pression des activits humaines en 2000 sur les zones humides selon les types ONZH, p.14.

63

volution des diffrents types de zones humides entre 1960-1980, 1980-1990 et 1990-2000 dans les zones de l'ONZH (Observatoire des Zones Humides) p. 25

IFEN, Etat 2000 et volution 1990-2000 des zones humides d'importance majeur, IFEN, 208p

Sol couvert de vgtation naturelle, sol agricole dnud et sol urbain p. 28


Sur cette photo, le sol est laiss nu aprs la rcolte, les engins agricoles ont tass le sol p. 29

Franois Laurent

Emprise de l'agriculture sur les bassins versants des grands fleuves du monde p. 30

Wood, S., K. Sebastian, and S. Scherr. Pilot Analysis of Global Ecosystems: Agroecosystems Technical Report. Washington, DC: World Resources Institute and International Food Policy Research Institute. 2000. Map Cropland Area by Basin . En ligne.

Image3 p. 31

Franois Laurent

La Volga p. 32

Ple Ressources Numriques, R. Sellin. Source : Marchand Pascal. Une catastrophe d'origine administrative, l'amnagement de la Volga par la bureaucratie. In: Revue de gographie de Lyon. Vol. 66 n3-4, 1991. A propos de la squence neigeuse de dcembre 1990 : Une approche des vnements extremes. pp. 231-237. En ligne.

Cette photo illustre le rle de la haie pour la rtention des eaux de ruissellement p. 40

Franois Laurent

L'efficacit des barrire vgtales p. 40


Crdit des ressources

64

higher gw dynamique a la decouverte des eaux souterraines.pdf 1

Documents