migration des nitrates dans la zone non saturée de...

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MINISTÈRE DE L'ENVIRONNEMENT Service de l'Eau migration des nitrates dans la zone non saturée de la craie de Champagne interprétation des résultats d'une campagne de carottages sous un champ d'épandages d'effluents agricoles Connantre - Marne

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Page 1: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

MINISTÈRE DE L'ENVIRONNEMENTService de l'Eau

migration des nitratesdans la zone non saturée

de la craie de Champagne

interprétation des résultats d'une campagne de carottagessous un champ d'épandages d'effluents agricoles

Connantre - Marne

Page 2: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

BRGM

MINISTÈRE DE L'ENVIRONNEMENTService de l'Eau

14, boulevard du Général-Leclerc - 92524 NEUILLY-SUR-SEINE CEDEX

migration des nitratesdans la zone non saturée

de la craie de Champagne

interprétation des résultats d'une campagne de carotta g essous un c h a m p d'épandages d'effluents agricoles

Connantre - Marne

J.-J. Seguinavec la collaboration de

F. Moreau*

'Service Géologique Régional Aquitaine

mars 1 98686SGN 172 EAU

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRESSERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Département EauB.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - Tél.: (33) 38.64.34.34

Page 3: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

RESUME

Les résultats que l'on présente dans ce rapport, établi à la demande du

Ministère de l'Environnement (convention 84/13), sont issus de l'exploitation de

nombreuses mesures de teneurs en nitrates réalisées depuis 1979 dans la zone non saturée

de la nappe de la Craie en Champagne (commune de Connantre, 51).

Aux échantillons d'eau prélevés en 1979 sur carottes, ont succédé des

prélèvements effectués annuellement à partir de bougies poreuses installées jusqu'à 15 m

de profondeur. Afin de lever toute incertitude quant à la représentativité des résultats

obtenus, qui ne concernaient qu'une verticale, une campagne de forages a pu être menée

en octobre 1985 sur la m ê m e parcelle.

L'interprétation de l'ensemble des mesures disponibles a permis de conclure à

l'existence d'un stock d'azote nitrique en déplacement très lent dans la zone non saturée ;

tous les profils réalisés sont caractérisés par un certain nombre de m a x i m u m s , en phase et

d'amplitude concordante, qui ont pu être reliés aux épisodes culturaux de surface ; en

particulier, il a été montré l'impact de l'azote des eaux résiduaires de sucrerie, reçues par

la parcelle, sur les concentrations en nitrates de l'eau interstitielle.

C e travail a pu être mené à bien grâce au concours du Service Géologique

Régional Champagne-Ardennes.

Page 4: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

SOMMAIRE

INTRODUCTION 1

1. - CADRE DE L'ETUDE 3

1.1 - Sols et cultures 3

1.2 - Zone non saturée 7

1.3 - Contexte climatique 9

2. - R E S U L T A T S D E J A A C Q U I S 13

2.1 - Caractérisation du profil de teneurs de 1979 13

2.2 - Vitesse de migration des nitrates *3

3. - CAMPAGNE DE CAROTTAGES DE 1985 15

3.1 - Prélèvements des échantillons et analyses l5

3.2 - Présentation des résultats 16

4. - MODELISATION E T INTERPRETATION D E S M A X I M U M S D E T E N E U R S

A 3 M DE PROFONDEUR 2 3

4.1 - Ordre de grandeur des quantités d'azote lessivées 2 3

4 . 2 - Reconstitution du profil F 1 2 2 3

C O N C L U S I O N 27

BIBLIOGRAPHIE 2 8

A N N E X E S

Annexe 1 - Description du modèle utilisé pour la reconstitution du profil des

teneurs en nitrates sur le forage F12 31

Annexe 2 - Résultats des analyses effectuées par le Laboratoire Municipal et

Régional de Reims 35

Annexe 3 - Résultats des analyses effectuées 38

- par le laboratoire du B R G M à Orléans

- par le laboratoire de la Chambre d'Agriculture du Loiret

Annexe 4 - Analyse des teneurs en eau et en nitrates d'un échantillon de craie.

Mode opératoire du Laboratoire Municipal et Régional de Reims 39

Page 5: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

INTRODUCTION

L'épandage des eaux résiduaires d'industries agricoles -distilleries, féculeries,

sucreries, usines de déshydradatation- est une pratique qui se répand de plus en plus en

Champagne et qui concerne actuellement plusieurs milliers d'hectares.

Ces eaux, très chargées en de nombreux éléments (chlorures, sodium,

potassium, sulfates, azote, ...) constituent un matériau fertilisant certain, notamment en

raison de leur teneur en azote et potassium ; elles peuvent néanmoins représenter à terme

une menace pour les nappes des régions concernées : quelques-uns de leurs constituants

sont en effet très mobiles : l'azote nitrique, les chlorures et, dans une moindre mesure, le

sodium et les sulfates ; des épandages excessifs, alliés à un lessivage intense possible des

sols, peuvent entraîner rapidement ces éléments hors de portée du système racinaire des

cultures ainsi fertilisées.

En principe, les doses d'épandage sont calculées de façon à minimiser et les

risques d'accumulation dans les sols (pour le potassium) et les risques de migration en

profondeur (nitrates et chlorures essentiellement). En fait, une partie des éléments en

cause aura déjà pu migrer en profondeur avant que la capacité de reprise des plantes soit

effective (les épandages ont lieu en automne et la phase de drainage des sols se situe de

décembre à début avril). D e plus, la variabilité de la composition des effluents d'une

campagne d'épandage à l'autre rend difficile un ajustement précis aux besoins des cultures

(qui sont d'ailleurs très faibles exportatrices de chlorures et de sodium).

Afin d'apprécier l'impact de ces effluents sur les nappes, plus particulièrement

les risques de pollution par les nitrates, le Service Géologique Régional de Champagne -

Ardennes ( B R G M ) a mis en place dans les zones concernées des réseaux de surveillance

dont les points sont régulièrement échantillonnés. Parallèlement au suivi de ces réseaux,

de nombreux carottages ont été réalisés dans la zone non saturée des champs d'épandages

afin d'analyser l'eau interstitielle ; de plus, 2 sites ont été équipés de bougies poreuses

placées à différentes profondeurs et permettant un prélèvement régulier de cette eau

interstitielle.

Page 6: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

Le premier dispositif de prélèvements a été installé dès 1979 sur une parcelle

de la c o m m u n e de Connantre près de Châlons-sur-Marne (51) ; cette parcelle, à

l'historique cultural connu, a reçu durant l'hiver 1979-1980 des eaux résiduaires d'une

sucrerie.

Les analyses de l'eau extraite, effectuées annuellement, ont permis de suivre

l'évolution des profils de teneurs en azote nitrique. Les maxima caractérisant ces profils

sembleraient se déplacer très lentement, parcourant 40 à 60 c m par an.

En 1983, sur une parcelle voisine, un deuxième forage était réalisé puis équipé

également de bougies poreuses. Toutefois, se posait le problème, inhérent à toute mesure

faite sur une grandeur spatialement distribuée, de la représentativité des résultats

obtenus. Afin de lever toute incertitude sur ce point, une série de forages régulièrement

espacés était réalisée en octobre 1985 sur une centaine de mètres toujours dans la m ê m e

parcelle.

C'est à l'interprétation des résultats de cette dernière campagne de mesures et

à leur confrontation avec ceux déjà obtenus sur le m ê m e site que se consacre cette note.

Page 7: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

1 - LE CADRE DE L'ETUDE

La parcelle sur laquelle les forages ont été réalisés est située à proximité de

Connantre à une quarantaine de kilomètres au sud-ouest de Châlons-sur-Marne (fig.l) ;

elle est incluse dans la zone d'épandage des eaux résiduaires de la sucrerie de Connantre.

La figure 2 précise la localisation exacte du site d'études.

1.1 - Sols et cultures

Sols

C o m m e de nombreux sols de la région, le sol recevant les effluents est une

rendzine brune formée sur la craie du Sénonien inférieur.

La craie, fissurée et altérée, apparaît dès 50 c m de profondeur. Ces sols ont

une bonne réserve hydrique c o m m e l'indique le tableau 1 suivant qui reprend des valeurs

moyennes issues d'une étude menée par la station INRA de Châlons (réf.l).

Profondeurcm

0-5050 - 100100 - 150

Réserve en eaumm

110150160

Tableau 1 - Réserve en eau d'une rendzinebrune (valeurs moyennes)

La capacité de réserve en eau (définie c o m m e la différence entre l'humidité en

volume à la capacité au champ et l'humidité au point de flétrissement sur une certaine

profondeur de sol) apparaît donc importante : 420 m m sur une épaisseur de 1,50 m (réserve

théorique).

Le réservoir superficiel de ces sols peut être alimenté par des transferts d'eau

ascendants en raison de la continuité de la porosité de la craie sous-jacente, si bien qu'en

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Figure 1 - Pian de situation générale, échelle 1/250 000

Page 9: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

mantre

Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne 3-4)

Page 10: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

période de sécheresse le taux de saturation de la porosité totale reste élevé (pouvant

dépasser 50 %) ; l'épuisement du réservoir superficiel n'est donc jamais total et sur les

420 m m de réserve théorique, 140 à 150 m m environ pourront être effectivement extraits

(réf.2).

Cultures et fertilisation

La rotation pratiquée depuis 1960 associe essentiellement 3 cultures (tabl.2)

luzerne (3 années de suite),

blé et betterave succédant à la luzerne et alternant sur 5 ans.

Le pois et la p o m m e de terre font leur apparition en 1983 et 1985.

Années

19601961196219631964196519661967196819691970197119721973197419751976

1977197819791980

19811982198319841985

Cultures

LuzerneLuzerneLuzerne

BléBetteraves

BléBetteraves

BléLuzerneLuzerneLuzerne

BléBetteraves

BléBetteraves

BléLuzerne

LuzerneLuzerne

BléBetteraves

BléEscourgeon

PoisBlé

P o m m e s de terre

Fertilisationkg N/ha

-_

140160160160160

--_

160160160160160

Epandage de cossettesde betteraves

--

160Epandage de 78 m m

d'eaux de sucrerie160140

-160200

Tableau 2 - Cultures et fertilisation sur la parcelleConnantre (51) depuis 1960

de

Page 11: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

Les doses d'engrais appliquées sont à peu près constantes depuis 1960 (tabl.2) :

160 kg d'azote N fertilisent les cultures de blé et betterave (200 kg/ha en 1985 sur p o m m e

de terre). A titre de comparaison, un quintal de grain exporte environ 1,8 kg d'azote N .

Pour des rendements en blé de 70 à 80 qtx, c'est donc 125 à 145 kg d'azote N qui seront

exportés.

Durant l'hiver 1979-1980, 78 m m d'eaux boueuses de sucrerie ont été épandues,

soit un apport de 600 kg d'azote organique environ.

Les études sur les cinétiques de minéralisation de l'azote des eaux résiduaires

d'industries agricoles menées par l'INRA conduisent à estimer que 25 % de l'azote

organique des eaux de sucrerie est susceptile de minéraliser la première année (tabl.3).

Végétal

Betterave

P o m m e de terre

Luzerne

Industrie

SucrerieDistillerieFéculerie

(avec récupérationde protéines)Protéinerie

Azote nitrique(% azote total de l'effluent)

après16 semaines

1228

34

70

48 semaines

2341

40

75

Tableau 3 - Azote nitrique susceptible d'être libéré par les eaux résiduaires(d'après expérimentation en laboratoire, réf. 9)

O n peut donc estimer à 150 kg environ la quantité d'azote N libérée la

première année par les eaux boueuses épandues.

1.2 - Zone non-saturée

La zone non-saturée est constituée par la Craie du Sénonien. Le temps de

transfert des substances polluantes dans cette zone et donc la rapidité de contamination

de la nappe dépend de quelques unes de ses caractéristiques :

épaisseur,

porosité (liée au degré de fissuration),

perméabilité matricielle (et plus globalement conductivité hydraulique).

Page 12: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

* Epaisseur. Elle varie en fonction des fluctuations de la nappe (qui peuvent être de

plusieurs mètres). Le forage réalisé en 1979 et ceux de septembre 1985 atteignaient

la profondeur de 15 m .

* Porosité. La porosité totale dans ce type de matériau est comprise entre 40 et 50 %. L e

tableau 4 ci-dessous indique pour quelques sites autour de Châlons-sur-Marne des

valeurs de porosité de craie en place et d'échantillons. Bien que la profondeur

d'investigation ne dépassait pas 1,50 m , de telles valeurs peuvent sans doute

s'appliquer aux couches plus profondes. La porosité mesurée au laboratoire sur

échantillons est de l'ordre de 40 % (variant de 37 à 44 %). Par différence, il a été

déduit une porosité de fissures de 3 à 10 %.

Sites

Sénonien inférieur1

2

3

Coniacien4

5

6

Santonien7

Profondeurcm

90-100*140-15080-120*120-160100-120

100-110*120-130130-15090-100*

130-150120-130

140-150

Porosité de lacraie en place

%

52,250,843,442,340,7

51,648,7

55,046,247,8

Porositéd'échantillons

%

42,540,139,939,5

37,443,9

41,136,9

39,0

* craie remaniée par cryoturbation

Tableau 4 - Porosité de la craie dans la région de Châlons-sur-Marne (réf.l)

Page 13: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

* Perméabilité. Les mesures de perméabilité matricielle réalisées au laboratoire sur

carottes cylindriques fournissent des valeurs très faibles, proches de celles caractéri-

sant une argile (10~8 m / s ) .

Toutes ces caractéristiques conduisent à formuler l'hypothèse d'une double

circulation d'eau : une partie de l'eau infiltrée emprunterait la voie fissurale

(circulation rapide), tandis qu'une autre partie (l'eau interstitielle) migrerait très

lentement sous l'effet d'un potentiel matriciel prépondérant. Cette hypothèse permet

d'expliquer l'augmentation des teneurs en nitrates dans la nappe, malgré les très

faibles vitesses de migration constatées dans la zone non saturée.

1.3 - Le contexte climatique

II a été caractérisé sur les 8 dernières années (1977-1984) par :

la hauteur de pluie, fournie par la station de Janvilliers, située à une vingtaine de

kilomètres au nord-ouest de Connantre,

l'ETP, calculée au pas de temps mensuel à l'aide de la formule de Turc, température

et durées d'insolation provenant de la station météorologique de Reims,

les précipitations efficaces, c'est-à-dire la lame d'eau qui s'infiltre en direction de la

nappe (l'entraînement des nitrates en profondeur en est fonction).

Le tableau 5 ci-dessous présente les valeurs annuelles de pluie et d 'ETP.

Années

pluie (mm)

ETP (mm)

1977

733

600

1978

732

568

1979

624

564

1980

709

564

1981

971

573

1982

725

633

1983

701

615

1984

848

567

Tableau 5 - Précipitations et E T P sur 8 ans à Connantre

La moyenne sur 8 ans est de 760 m m pour la pluie, de 585 m m pour l'ETP.

Les précipitations efficaces ont été obtenues à l'aide d'un bilan au pas de

temps mensuel en faisant intervenir une valeur de réserve en eau du sol (bilan de type

Thornthwaite). L'année considérée est une "année hydrologique" (septembre à août).

Page 14: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

Année

1977

1978

1979

1900

1981

1982

1983

1984

1985

Janv

57

76

33

33

58

66

43

78

37

Fevr

77

56

71

61

42

0

55

49

9

Mars

31

108

26

66

60

63

20

18

52

Avr.

0

5

6

0

0

0

73

0

10

Mai

0

0

4

0

0

0

31

11

1

Juin

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Juil.

0

0

0

0

0

0

0

0

-

Août

0

0

0

0

0

0

0

0

-

Sept.

0

0

0

0

0

0

0

0

-

Oct.

0

0

0

0

118

0

0

58

-

Nov.

7

0

0

0

TI

37

0

53

-

Dec.

35

35

16

0

92

112

0

32

-

Année

212

281

156

161

398

279

221

290

-

AnnéeHydrologique

291

175

176

160

361

370

156

252

Tableau 6 - Précipitations efficaces (en m m ) calculées avec une réserve en eau de 100 m m

Page 15: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

11

La valeur de réserve en eau retenue est de 100 m m ; c'est une valeur de

référence classiquement utilisée, mais qui doit être modulée en fonction des

caractéristiques pédologiques locales. Elle est utilisée ici c o m m e base de calcul.

Les résultats obtenus figurent dans le tableau 6 qui permet de constater que les

précipitations efficaces se répartissent essentiellement sur une période de 5 mois, de

novembre à mars (parfois avril et mai) ; sur les 8 années considérées, elles sont toujours

restées supérieures à 150 m m ; la moyenne est d'environ 240 m m , le m a x i m u m observé

étant de 370 m m (en 1982-1983).

Remarques.

1 - Dans le contexte climatique de la Champagne, l'évapotranspiration réelle pour une

culture de blé a été évaluée à 515 m m et pour une culture de betterave à 475 m m

(réf.3) ; l'évapotranspiration potentielle annuelle calculée sur 8 ans (585 m m ) est donc

cohérente avec ces valeurs.

2 - La quantité d'eau drainée annuellement dans la région de Châlons a été mesurée à

2 m de profondeur sous lysimètres cultivés (réf.3) ; pour la période 1973-1980 la

moyenne était de 160 m m , ce qui est plus faible que la moyenne des précipitations

efficaces (240 m m ) calculée avec une réserve en eau de 100 m m (choisie a priori

c o m m e indiquée ci-dessus, et qu'il est donc possible d'ajuster de façon à tendre vers

les résultats expérimentaux).

Page 16: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

12

50 100 150 200 250 300 350 N03(mg/l)

Figure 3 - 2 profils de teneurs en nitrates obtenus en 1979 et 1985 à partir de carottages.

Connantre (51) : forages F E X SI et FI

Page 17: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

13

2. - RESULTATS DEJA ACQUIS

2.1 - Caractérisation du profil de 1979

En juin 1979, un premier forage (noté F E X SI) était réalisé (profondeur

atteinte : 15 m ) et des échantillons de craie étaient extraits à la tarière hélicoïdale tous

les 50 cm (réf.7). L'analyse de l'eau de ces échantillons a permis d'établir le profil de

teneurs en azote nitrique de la figure 3.

Une interprétation de ce profil a été faite (réf.7) à l'aide d'un modèle "rustique"

simulant la migration de l'azote nitrique par des déplacements de type piston (ce modèle,

mis au point au "Water Research Centre" est couramment utilisé en Angleterre pour

prévoir l'évolution des teneurs en nitrates des nappes de la craie ; une description en est

donnée en annexe).

Il était alors mis en évidence une vitesse de migration de l'ordre de 50 cm/an .

D'autre part, les maximums de concentration observés ont pu être mis en relation avec des

situations culturales précises :

ainsi, le "pic" III à 7-8 m de profondeur (fig.3), était relié au déboisement de l'année

1955 libérant une forte quantité d'azote organique,

le "pic" II était attribué à la succession blé-betteraves des années 1963 à 1967 ;

le "pic I" était attribué à un épandage de cossettes de betteraves sur luzerne en 1977.

2.2 - Vitesse de migration des nitrates

Afin de suivre l'évolution de ce profil, un dispositif de prélèvements d'eau par

bougies poreuses était installé : 10 bougies étaient mises en place à différentes profondeurs

(1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 9, 11 et 15 m ) .

La figure 4 montre comment le profil a évolué en 4 ans (les résultats relatifs

aux années 1983 et 1984 n'ont pas été reportés en raison du non fonctionnement des bougies

situées en profondeur).

O n peut suivre en particulier la progression du pic situé à 7,50 m en juin 1979 et

que l'on retrouve à 9,50 m en mars 1982, soit donc un déplacement de 2 m en 3 ans ; le

déplacement annuel moyen apparaît un peu plus fort que celui simulé en raison de

précipitations efficaces assez fortes en 1981 et 1982 (tabl.6) et de l'épandage d'eaux

boueuses durant l'hiver 1979-1980 (78 m m ) .

Page 18: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

Bougrf% groupfrl

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 180 170 180 190 200 210 220 230Q _|. I • J • 1 I

I -

2

3

4

9

6

7

8

9

3

15-

/ i

I ¡

nitrates «n m g / l g(«ou Interstitlsllo)

valeurs mesuróos

——- Juin 1979décembre 1979mors 1980mors 1981mors 1982

Dispositif de mesures

Figure * - Evolution des profils de teneurs en nitrates au forage F E X SI

Site de Connantre (1979-1982)

Page 19: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

15

3. - LA C A M P A G N E D E C A R O T T A G E S D E 1985

3.1 - Prélèvement des échantillons et analyses

Dans la parcelle du premier forage réalisé (FEX SI en 1979) et partant de

celui-ci, 12 forages espacés les uns des autres d'une dizaine de mètres furent exécutés en

septembre 1985 suivant une direction N E - S O (fig.2).

Sur le premier forage (noté FI) et le dernier (noté F12) de cet alignement, un

échantillon de craie a été prélevé tous les 50 cm à la tarière hélicoïdale sur une

profondeur de 15 m , soit donc 30x2 = 60 échantillons. En parallèle, à 3 m , 5 m , 10 m et

15 m , des échantillons furent également extraits au carottier (méthode moins

destructrice).

Sur chacun des 10 forages intermédiaires, 3 échantillons furent prélevés au

carottier : à 3 m , 5 m et 10 m , soit un total de 3 x 10 = 30 échantillons. Les échantillons

ont été analysés au Laboratoire Municipal et Régional de Reims. D e plus, afin d'étayer les

résultats obtenus, 11 échantillons ont été analysés par la Chambre d'Agriculture du Loiret

d'une part, le Laboratoire du B R G M (Orléans) d'autre part.

L'accord entre les 3 séries de mesures peut être jugé satisfaisant c o m m e le

fait apparaître le tableau 7 ci-après (sauf peut-être sur les 3 premiers mètres).

Profondeurm

1,52,53,04,05,05,56,06,57,07,5

Laboratoire Municipalde Reims

235356329163523735495855

Laboratoire B R G MOrléans

168304260*136523232435655

Chambre d'Agriculturedu Loiret

164301252*152764938607581

* extraction au carottier

Tableau 7 -Comparaison des mesures d'azote nitrique effectuées par 3 laboratoiressur 10 échantillons de craie (site de Connantre)

Page 20: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

16

Enfin, l'accord entre les teneurs mesurées sur échantillons prélevés à la tarière

et celles mesurées sur échantillons extraits au carottier est également relativement

satisfaisant (tabl.8).

Profondeurm

3

5

1015

Forage FI

tarière

329

52

75,58

carottier

252*260**

54*34**8914

Forage F12

tarière

145

28

789

carottier

128

18,5

849

* Chambre d'Agriculture - * * B R G M

Tableau 8 - Comparaison des analyses N O 3 (en mg/1) sur échantillonsprélevés à la tarière et au carottier

3.2 - Présentation des résultats

3.2.1. Caractéristiques hydriques des profils

Les teneurs en eau mesurées au Laboratoire de Reims sont présentées, pour les

profils 1 et 12, dans le tableau 9 ; exprimées, au sortir du laboratoire, en pourcent de la

masse de l'échantillon humide (notation H m h ) , elles ont été converties en pourcent de la

masse de l'échantillon sec (notation : H m ) qui est un référant plus fréquemment

rencontré :

H m x 100 = mh x 100

Page 21: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

17

Profondeuren m

0,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,58,08,59,09,510,010,511,011,512,012,513,013,514,014,515,0

Forage FI

Teneur

% poidshumide

14,618,821,219,721,022,223,223,022,823,522,723,020,922,121,723,221,921,722,221,422,422,322,022,622,122,322,520,922,123,0

en eau

% poidssec

17,123,226,924,526,628,530,229,929,530,729,429,926,428,427,730,228,027,728,527,228,928,728,229,228,128,729,026,428,429,9

Forage F12

Teneur en eau

% poidshumide

15,720,020,821,121,021,222,822,322,022,322,220,422,421,622,522,822,622,221,821,823,221,822,022,521,822,322,320,221,721,8

% poidssec

18,625,026,326,726,626,929,528,728,228,728,525,628,927,629,029,529,228,527,927,930,227,928,229,021,928,728,725,327,727,9

Tableau 9 - Distribution des teneurs en eau sur les profils FI et F12

Page 22: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

18

A partir de 1,50-2 m , ces teneurs varient très peu c o m m e l'indique le

tableau 10.

Forages

Moyenne (en %)Ecart-type

Valeur minimaleValeur maximale

FI

28,641,15

26,430,7

F12

28,181,11

25,330,2

Tableau 10 - Caractéristiques des profils deteneurs en eau pondérales H m , àpartir de 2 m de profondeur

Afin d'évaluer le degré de saturation des échantillons (par rapport à la porosité

totale), il est nécessaire de convertir les teneurs en eau massique H m en teneurs

volumiques H v ; cela est possible si l'on connaît la masse volumique apparente pa des

échantillons, c'est-à-dire le rapport de la masse de l'échantillon sec au volume occuppé

par l'échantillon. O n a dans ce cas : pe désignant la masse volumique de l'eau :

H v = pa / pe H m = H m . da

où da est la densité apparente. Des mesures effectuées par l'INRA sur la craie sénonienne

dans la région de Châlons-sur-Marne conduisent à des valeurs de da comprises entre 1,3 et

1,6 les valeurs de porosité totale variant dans le m ê m e temps de 41 à 51 % (tabl.3, § 1.2).

Si l'on considère une valeur moyenne da = 1,45 et pour une densité réelle dr

de 2,68, on obtient une valeur de porosité totale :

Pt = (1 - da /d r ) x 100 = 46 %

D'autre part, si l'on prend c o m m e teneur en eau massique moyenne 28,6 %

(tabl.10), on obtient, avec la densité apparente moyenne de 1,45, une teneur en eau

volumique de 41 %. La porosité totale calculée ci-dessus intégrant la porosité de

fissuration, on peut conclure que la porosité matricielle est donc, à l'époque des

prélèvements, proche de la saturation à partir de 2 m de profondeur.

Page 23: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

19

Dans le premier mètre de sol, la réserve en eau apparaît en partie épuisée

(tabl.ll).

Profondeurcm

0 - 5 050 - 100

Humitité volumique%

FI

24,833,6

F12

27,036,2

Tableau 11 - Teneur en eau en FI et F12 surle premier mètre (site deConnantre)

3.2.2. Teneurs en azote nitrique

O n trouvera en annexe l'ensemble des résultats d'analyses issus du Laboratoire

de Reims.

La figure 5 montre les profils de teneurs en azote nitrique obtenus sur les

forages FI et F12, distants d'une centaine de mètres. O n remarquera l'excellente

simulitude de ces profils au-delà de 5 m de profondeur. On remarquera également

l'existence d'un pic de teneurs vers 2-3 m , pic beaucoup plus important en FI (360 mg/1)

qu'en F12 (210 mg/l).

Les figures 6 a, b, c visualisent les résultats obtenus pour les 12 forages à 3, 5

et 10 m . Si les teneurs varient assez peu d'un forage à l'autre à 5 m et 10 m , elles sont par

contre beaucoup plus fluctuantes à 3 m . Le tableau 12 résume ces observations.

Caractéristiquesmg/1

Valeur minimaleValeur maximale

MoyenneEcart-type

3 m

8032919863

5 m

17523113

10 m

621188214

Tableau 12 - Caractéristiques statistiques des teneurs enN O 3 à 3, 5 et 10 m de profondeur sur12 forages -Connantre

Page 24: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

20

O 50 100N03(mg/l)

150 200 250 300 350 400

Figure 5 - 2 profils de teneurs en nitrates expacés d'une centaine de mètres

Site de Connantre (forages FI et F12), octobre 1985

Page 25: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

21

¿23

o£352..ro

i -333 1

i250 j

200

150..

100..

50 . .

50

ß¿00 4_

10 11 12

10 11 1?

6a 3 m

6b 5 m

6c 10 m

Figure 6 - Teneurs en nitrates à 3, 5 et 10 m de profondeur aux 12 forages

Site de Connantres, octobre 1985

Page 26: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne
Page 27: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

23

4. MODELISATION ET INTERPRETATION DES TENEURS A 3 M DE PROFONDEUR

4.1 - Ordre de grandeur des quantités d'azote lessivées

Afin d'avoir une estimation de la quantité d'azote déterminant les

concentrations observées à 2-3 m de profondeur, un calcul sommaire a été réalisé en

supposant que la concentration moyenne C observée à 3 m , soit 200 mg/1 environ (tabl.12)

pouvait être affectée à une colonne de hauteur z = 0,50 m et de teneur en eau uniforme

H v = 0.4 ; la quantité d'azote M mise en jeu est alors données par :

M = C . (Hv . z) x 10

avec M en kg/ha quand C est exprimée en mg/1 et z en m .

Les valeurs précédentes conduisent à :

M = 400 kg N O 3 / h a = 90 kg N/ha

S'agissant d'une quantité d'azote située à 3 m de profondeur donc hors de portée du

système racinaire des cultures, le chiffre apparaît important.

Par ailleurs, il a été calculé, à l'aide du profil de teneurs caractérisant le

forage F12 (fig.5) la quantité d'azote comprise entre 1 et 4 m de profondeur :

Ml4= ^ 4 C(z) Hv(z) dz = H v ff C(z)dz

4 = 1 740 kg NO3 /ha = 395 kg H/ha

Si l'on peut espérer qu'une fraction de cette quantité puisse être récupérée par

les cultures, il demeure néanmoins la quasi-certitude que le reliquat irréversiblement

entraîné en profondeur sera important.

4.2 - Reconstitution du profil F12

Afin de préciser ces chiffres, une reconstitution du profil F12 a été tentée à

l'aide du modèle de simulation déjà employé sur le forage F E X SI en 1979.

Page 28: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

24

Les valeurs définitives des paramètres utilisés pour le calage sont les

suivantes :

nombre de noeuds de calcul : 30

porosité matricielle : 40 %,

porosité de fissures : 8 %

coefficient de "dispersion" : 5.10-2 m 2 / a n

coefficient de perte sur engrais épandu :

. 6 % (blé),

. 8 % (betteraves et p o m m e s de terre),

correction sur réserve en eau : + 80 m m .

La phase de calage a permis de préciser la valeur de réserve en eau du sol : la

valeur de 100 m m initialement considérée est apparue trop faible pour obtenir un

positionnement correct des max imums observés. C'est en définitive une correction

positive de 80 m m qu'il a fallu prendre en compte, soit donc une réserve d'eau de 180 m m

qui conduit à une valeur moyenne de précipitations efficaces de 160 m m (rejoignant celle

issue de mesures sur cases lysimétriques, cf 1.3).

La figure 7 permet de conclure à une reconstitution relativement satisfaisante

du "pic" de concentrations observé.

2¿0 3ÖOteneurs en HO3 (mg/l)

Figure 7 - Comparaison entre profil observé (0 à 6 m ) et profil simulé

Page 29: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

25

Le tableau 14 indique pour chacun des noeuds de calcul la masse d'azote N

obtenue et la concentration en azote nitrique correspondante.

Noeud

12345678910111213141516171819

1 1Profondeur Hauteur d'influence Teneur en eaudes noeuds

m

0,1980,4830,9041,5611,9762,2682,5772,9293,2693,3793,7094,0894,3344,6624,9455,1185,1645,5406,080

des noeuds decalcul

m

0,3960,1750,6670,6460,1840,4000,2190,4850,1950,0230,6370,1240,3660,2900,2760,0690,0230,7290,352

0,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,4000,400

Masse Azote N

g/nr>2

2,851,714,549,133,337,393,174,561,320,142,950,561,631,311,250,310,103,151,42

ConcentrationNO3

mg/1

79,90108,4775,34

156,42200,21204,38160,61104,1675,0468,8751,2049,5949,5050,0849,9749,4449,2847,8544,81

Tableau 14 - Masse d'azote N et teneurs en nitrates entre 1 et 6 m de profondeur

calculées par le modèle (forage F12)

La quantité d'azote N contenu dans le profil calculé entre 1 et 4 m est de

365 kg/ha (395 kg/ha dans le profil observé).

Plus intéressants à connaître sont les reliquats azotés (lessivables) qui ont pu

engendrer ces valeurs. Leur répartition dans le temps est donné par le tableau 15.

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26

Année

1978-19791979-1980

i 1980-19811981-19821982-19831983-19841984-1985

Azote N lessivékg/ha

1090

17068104026

Tableau 15 - Reliquats cPazote N(en kg/ha) potentiellementlessivables obtenus aprèscalage

Sur 3 années de 1980 à 1982, la quantité d'azote N entraînée a été très

importante : plus de 300 kg/ha avec un m a x i m u m en 1981 (170 kg/ha). L'explication de

cette situation est très vraisemblablement à rechercher dans l'épandage d'eaux résiduaires

qui a eu lieu durant l'hiver 1979-1980 : 80 m m d'eaux boueuses contenant un stock d'azote

organique de 600 kg ont été alors déversées.

Rappelons (cf 1.2) que 25 % de cet azote organique peut minéraliser la

première année, ce qui représente donc un apport de 150 kg d'azote N auquel il faut

ajouter l'azote issu de la matière organique stable du sol (environ 70 kg/ha dans le

contexte pédologique champenois) et celui libéré par les résidus culturaux. Une "fuite" de

90 kg/ha l'année ayant suivi l'épandage est donc tout à fait plausible. La deuxième année

la minéralisation de l'azote organique des boues se poursuit, mais le plan de fertilisation

adopté (tabl.2) ne semble pas en tenir compte, puisque 160 kg d'azote sous forme d'engrais

sont apportés à la culture. Dans ces conditions, la perte calculée de 170 kg/ha ne paraît

pas non plus invraisemblable.

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27

CONCLUSION

A la lumière des résultats obtenus grâce à la campagne de carottages de

septembre-octobre 1985 sur le site de Connantre, deux faits semblent désormais bien

acquis.

- D'une part, la zone non saturée de la nappe de la Craie contient un stock d'azote

nitrique en déplacement très lent dont la distribution sur une verticale se

caractérise par des m a x i m u m s liés à certains épisodes culturaux de surface ; cette

distribution verticale reste relativement invariante par translation horizontale

c o m m e le montre la série de forages exécutés sur une centaine de mètres

(maximums et min imums en phase, amplitudes concordantes).

- D'autre part, l'épandage d'eaux résiduaires se traduit par un apport considérable

d'azote organique dont la minéralisation progressive (sur plus d'une année), en se

superposant aux autres sources azotées (engrais non c o n s o m m é , minéralisation de

la matière organique stable du sol, restitution des résidus culturaux) engendre un

reliquat potentiellement lessivable important.

Il est donc à craindre une augmentation "brutale" des concentrations dans la

nappe lorsque de tels excédents y parviendront.

S'il y a lieu d'espérer dans les années à venir une réduction de la quantité

d'azote organique contenu dans les eaux résiduaires en raison de l'amélioration des

procédés d'épuration, il semble néanmoins que le facteur de réduction décisif de l'azote

lessivable réside dans une meilleure maîtrise de la fertilisation par une prise en compte

sur plusieurs années de la minéralisation de l'azote organique des eaux résiduaires et par

une meilleure connaissance des potentialités de minéralisation des sols recevant les

effluents.

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28

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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graveluches en Champagne .- Ann. Agron., 31(4), 473-485

2. BAILLIF (J.L.), 1978 .- Porosité de la craie. Appréciation de la taille et de la

répartition des pores .- Ann. Agron., 29(2), 123-131

3. BAILLIF (J.L.), DUTIL (P.), 1983 .- Lysimétrie en sol de craie non remanié.

Drainage, evaporation et rôle du couvert végétal. Résultats 1973-1980 .-

Ann. Agron., 3(9), 257-866

4. DUTIL (P.), 1982 .- L'épandage des eaux résiduaires des industries agricoles en

Champagne. Evolution des idées, solutions techniques .- S .H .F . , XVIIèmes Journées

de l'Hydraulique, Nantes, rapport n° 14

5. DUTIL (P.), M U L L E R (J.C.), 1979 .- L'épandage des eaux résiduaires des industries

agricoles en Champagne crayeuse .- C . R . Acad. Agrie, 989-1005

6. L A N D R E A U (A.), M O R F A U X (P.), 1979 .- Epandage d'effluents sur terrain agricole. Effets

sur la zone non saturée de la craie en Champagne .- Rapport B R G M 79 S G N 229 H Y D / C H A

7. L A N D R E A U (A.), M O R F A U X (P.), 1979 .- Impact des pratiques agricoles sur la minéralisation

des eaux interstitielles des terrains sous-jacents .- Rapport B R G M 79 S G N 768 H Y D

8. L A N D R E A U (A.), M O R F A U X (P.), 1981 .- Etude sur site expérimental de la propagation des

nitrates dans la craie de Champagne .- Rapport B R G M 81 S G N 640 C H A / E A U

9. M U L L E R (J.C.), 1977 .- Transformations dans le sol des déchets de l'industrie

sucrière .- Travaux Stat. Se. du Sol Châlons, pub. n° 50

10. M U L L E R (J.C.), BAILLIF (J.L.), 1985 .- Mesures des pertes en nitrates des eaux

résiduaires d'industries agricoles en Champagne crayeuse (INRA Châlons-sur-Marne)

.- In : Les nitrates dans les eaux. Congrès Paris, novembre 1985

Page 33: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

29

ANNEXES

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31

Annexe 1

DESCRIPTION DU MODELE UTILISE*

POUR LA RECONSTITUTION DU PROFIL DE TENEURS EN NITRATES

SUR LE FORAGE F12

Le modèle permet de reconstituer un profil d'azote le long d'une verticale de

la surface du sol à la nappe, puis éventuellement de suivre l'évolution de ce profil sous

différents scénarios.

Le pas de temps est annuel ; les variables nécessaires au fonctionnement du

modèle sont :

les précipitations efficaces annuelles,

les doses d'engrais appliquées chaque année,

les cultures pratiquées.

Le programme comprend deux fonctions indépendantes :

une fonction production azote,

une fonction transfert.

1. Calcul du stock d'azote annuellement lessivable

Chaque année, sur une période s'étendant de la reprise de la minéralisation de

la matière organique du sol à la cessation de cette minéralisation (ou à son ralentissement

très sensible), c'est-à-dire approximativement de la fin de l'hiver à la fin de l'automne, le

stock d'azote nitrique qui échappera définitivement à l'absorption par les racines et à

l'interception par la microfaune du sol aura été constitué par deux fractions :

l'une provenant de l'engrais azoté épandu,

l'autre issue de la minéralisation des substances organiques du sol :

. matières organiques stables (humus),

. "restitutions" des précédents culturaux (racines, chaumes, "verts", . . . ) ,

. biomasse : ensemble des organismes vivants s'alimentant en m ê m e temps que la

culture à partir de l'azote des engrais et de l'azote libéré par les matières

organiques.

* II s'agit d'une version du modèle mis au point au Water Research Centre (Angleterre)

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32

En l'absence de résultats expérimentaux, la contribution des sources

organiques à l'enrichissement de la solution du sol en azote nitrique est difficile à préciser

et l'utilisation d'une équation de bilan en termes "d'entrées-sorties" pour obtenir un

reliquat lessivable n'est pas nécessairement la solution la mieux adaptée au modèle

retenu.

U n e relation de calcul plus globale a donc été préférée. Pour une culture

donnée, il a été considéré que la quantité d'azote lessivée pouvait être représentée par la

s o m m e :

d'un certain pourcentage K ¿ de l'engrais épandu, intégrant l'engrais directement

lessivé et celui libéré après avoir été temporairement bloqué sous forme organique

par les micro-organismes du sol,

et d'une fraction K £ de l'azote produit par :

. la minéralisation des débris végétaux enfouis, plus ou moins importante selon la

culture (= restitutions du précédent cultural),

. la minéralisation de la matière organique stable qui se poursuit après récolte et qui

peut représenter la moitié de la minéralisation annuelle,

enfin un terme supplémentaire permet de tenir compte de sources azotées diverses :

retournement de prairies, épandage d'eaux résiduaires...

Le coefficient K ^ peut varier suivant les cultures. Par exemple, pour un blé,

une valeur de référence a pu être définie à partir des résultats obtenus par R e m y et

Hebert. Confirmant les résultats de Kolenbrander cités par Young (réf. A .3 ) , ces deux

auteurs montrent, que pour un sol limoneux et sous culture de blé :

le coefficient d'utilisation de l'engrais s'établit autour de 50 %,

la fraction immobilisée par la biomasse est de l'ordre de 30 %, dont 8 %

reminéraliseraient la première année,

le reliquat minéral dans le sol après récolte est de quelques pourcents (5 %) .

Les pertes sous la culture représentraient donc 15 % environ de la dose

appliquée (lessivage et dénitrification). U n tel ordre de grandeur peut donc être introduit

dans le modèle c o m m e point de départ de la phase de calage.

Page 37: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

33

Pour d'autres cultures, le coefficient K ^ doit être ajusté au mieux (afin

d'obtenir la meilleure reconstitution possible sous contraintes, bien sûr, de plausibilité).

2. Transfert

1/ La migration de l'azote nitrique est purement verticale et il n'y a pas d'apports

latéraux.

2/ Le déplacement s'effectue dans un milieu homogène à double porosité ; les auteurs

distinguent en effet :

- une "porosité de fissure" où la circulation de l'eau est rapide, une raction des

précipitations efficaces, déterminée en fonction des fluctuations obsrvées de la

nappe, emprunte cette voie,

- une "porosité matricielle", caractérisant la matrice poreuse, on y trouve l'essentiel

de l'eau infiltrée et du soluté.

L'eau infiltrée et les masses de soluté empruntant l'une et l'autre voie sont

supposées être dans le rapport de ces porosités.

3/ Dans la matrice poreuse le long de la verticale considérée, les masses d'azote sont

concentrées en des noeuds dont l'espacement est calculé en fonction de l'intensité

des précipitations efficaces et de la porosité matricielle (cf fig.Al). Chaque année,

il y a déplacement de l'intégralité des masses d'un noeud i vers le noeud i+1 (effet

piston). Le premier noeud est alimenté par la fonction production azote ; le dernier

alimente la nappe.

Pour atténuer le mécanisme "piston", un effet dispersif est pris en compte. Dans la

version originale du modèle, appliquée à la craie du bassin de Londres, le coefficient

de dispersion retenu a été mesuré en laboratoire.

4 / Enfin, la migration vers la nappe se fait sans interaction avec une éventuelle

fraction "eau liée", l'équilibre de concentration étant supposé établi.

Références bibliographiques de l'Annexe 1

1 - C A O U S (J.Y), C O M O N (D.), SEGUIN (3.3.), 1984 .- Evolution des teneurs en nitrates

de la nappe de la craie. Essai de prévision .- Rapport B R G M 84 AGI 329 PIC

2 - R E M Y (J.C.), H E B E R T (J.), 1977 .- Le devenir des engrais azotés dans le sol .-

C . R . Acad. Agrie. Fr., 1977, t.63, p.700-714

3 - Y O U N G (C.P.), O A K E S (D.B.), 1976 .- Nitrate in groundwater. Studies on the chalk

near Winschester, Hampshire .- Water Research Center Technical, report T R 31.

Page 38: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

34

matrice poreuse

- (l-f)*SNO.

2(1)

2(1)

Z(N)

2

3

1-1

I

1+1

N-l

AZOTE LESSIVE

S N 0. fissures

INFILTRATIONINF

(l-f)xIHF fxINF

(l-f)X INF

I — I— I —• I —

!

I

f * SNO.

contribution duâernier noeud

M(N)

C(N) M(N)6(N) * 2(N)

\

MF

CF

= f X

M _

f X

SNO

INF

C eM(N)

(N) X Z+

(N)MF

+ fxINF

contributionâes fissures(apport annuel)

DILUTION DANS LA NAPPE

INF = infiltrationf fraction d'eau infiltrée empruntant la "fissure"w porositée teneur en eauM(I) masse d'azote au noeud I dans l'eau interstitielleMF masse d'azote circulant dans les fissuresC concentration résultante au niveau de la nappe

Figure A.1 - Schématisation du transfert des nitrates dans le modèle du W R C

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35

Annexe 2

RESULTATS DES ANALYSES EFFECTUEES

PAR LE LABORATOIRE MUNICIPAL DE REIMS

Profondeurm

Forage FI0,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,58,08,59,09,510,010,0*10,511,011,512,012,513,013,514,014,515,0

15,0*

Humidité% de la masse de

l'échantillon humide

14,618,821,219,721,022,223,223,022,823,522,723,020,922,121,723,221,921,722,221,420,322,422,322,022,622,122,322,520,922,123,021,0

Ammoniaquemg/1

5,844,04,75,64,454,53,564,14,44,94,34,25,34,253,654,074,024,064,765,064,604,474,094,84,174,524,755,634,334,124,505,29

Nitratesmg/1

235,059,0

235,0337,0356,0329,0254,0163,087,052,037,035,049,058,055,051,055,063,071,075,589,076,573,069,061,558,037,027,018,011,08,0

14,0

* carotte

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36

Profondeurm

Forage F23,05,010,0

Forage F33,05,0

10,0

Forage F 43,05,0

10,0

Forage F53,05,0

10,0

Forage F63,05,0

10,0

Forage F73,05,0

10,0

Forage F83,05,010,0

Forage F93,05,0

10,0

Forage F103,05,0

10,0

Forage Fil3,05,0

10,0

Humidité% de la masse de

l'échantillon humide

22,322,522,1

21,924,022,1

21,023,320,9

24,722,721,4

23,523,422,1

20,223,622,2

20,320,220,2

22,322,822,4

21,422,521,4

22,121,721,9

Ammoniaquemg/1

3,963,924,52

3,354,444,52

4,454,564,89

4,236,435,6

4,154,555,05

5,483,04,24

5,36,065,19

5,545,435,39

4,384,25,06

4,254,064,83

Nitratesmg/1

80,043,078,0

153,026,095,0

227,019,083,0

143,049,0

118,0

188,021,072,0

250,025,062,0

256,025,070,0

223,017,077,0

168,526,089,0

209,049,080,0

Page 41: migration des nitrates dans la zone non saturée de …infoterre.brgm.fr/rapports/86-SGN-172-EAU.pdfmantre Figure 2 - Localisation des forages (extrait de la carte à 1/25 000, Sézanne

37

Profondeurm

Forage F120,51,01,52,02,53,03,0*3,54,04,55,05,0*5,56,06,57,07,58,08,59,09,5

10,010,0*10,511,011,512,012,513,013,514,014,515,0

15,0*

Humidité% de la masse de

l'échantillon humide

15,720,020,821,121,021,221,422,822,322,022,322,322,220,422,421,622,522,822,622,221,821,821,123,221,822,022,521,822,322,320,221,721,821,0

Ammoniaquemg/1

8,735,095,194,995,525,05,064,653,963,873,964,223,974,143,44,344,973,884,954,644,984,844,993,563,362,672,882,693,162,93,893,243,235,0

Nitratesmg/1

81,056,0

174,0212,0186,0145,0128,089,053,043,028,018,530,050,047,055,056,556,562,076,074,078,084,083,577,564,550,038,032,022,514,011,09,09,0

* carotte

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38

Annexe 3

RESULTATS DES ANALYSES EFFECTUEES

1. PAR LE LABORATOIRE DU BRGM A ORLEANS

Echantillons

150250300C400500C500550600650700750

Humidité% de la masse del'échantillon sec

26,1026,6027,2030,0030,0

30,4030,530,5

26,4029,2028,20

N

ppm deterre sèche

9,918,216,09,22,23,62,22,22,63,73,5

(NO3)

mg/1 desolution de sol

38,068,458,830,77,3

11,87,27,29,812,712,4

NO3mg/1 de

solution de sol

16830426013632523232435655

2. PAR LE LABORATOIRE DE LA CHAMBRE D'AGRICULTURE DU LOIRET

Echantillons

150250300C400500

500C550600650700750

Humidité% de la masse del'échantillon sec

27,227,226,530,230,231,930,530,527,828,227,8

N (NO3)

ppm deterre sèche

10,118,515,110,45,23,93,42,63,84,85,1

mg/1 desolution du sol

•37,1685734,417,212,211,18,5

13,617,018,3

N O 3 mg/1 desolution du sol

164,3301,2252152,476,15449,137,660,275,381

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39

Annexe 4

ANALYSE DES TENEURS EN EAU ET EN NITRATES D'UN ECHANTILLON DE CRAIE

MODE OPERATOIRE DU LABORATOIRE MUNICIPAL ET REGIONAL DE REIMS

L'échantillon subit d'abord une phase de conditionnement exécutée

manuellement : malaxage, fractionnement, puis homogénéisation.

Une fraction de 300 g est alors constituée, sur laquelle sont prélevés :

d'une part 25 à 30 g pour la mesure des teneurs en eau,

d'autre part 150 g pour la mesure des teneurs en nitrates.

Teneurs en eau

La fraction de 30 g passe à l'étuve à 100° pendant une nuit. Après pesée et

détermination de la masse d'eau, le taux d'humidité H n est défini c o m m e le rapport de la

masse d'eau à la masse de l'échantillon humide.

Teneurs en nitrates

Aux 150 g prélevés après homogénéisation de l'échantillon, sont ajoutés 300 ml

d'eau distillée. L'ensemble est alors agité pendant une heure de façon à provoquer une

lixiviation ; à cette opération succède une décantation de 24 h.

L'analyse des nitrates est effectuée à l'aide d'un procédé de réduction des

nitrates en nitrites par passage sur une colonne réductrice cadmium-cuivre. Les

concentrations sont ensuite mesurées par spectrophotométrie.

Les concentrations obtenues Cj^ sont en dernier lieu corrigées pour tenir

compte de la dilution opératoire : si v désigne le volume d'eau distillée, et si m est la

masse de l'échantillon, la concentration cherchée C 2 est donnée par :

C 2 = C ! < 1 + - . - )m

avec H n l'humidité pondérale rapportée à la masse de l'échantillon humide, et e la masse

volumique de l'eau.

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réalisationservice

reprographiedu B R G M

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86SGN 172 EAU