projet enrhy : evaluation nationale du potentiel de...
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Projet ENRHY : Evaluation nationale du potentiel de réduction des
produits phytosanitaires dans les eaux de surface par les Ouvrages de
Rétention et de Remédiation (OR2)
Développement d’outils d’aménagement et d’implantation de Développement d’outils d’aménagement et d’implantation de
nouveaux OR2
Cyrielle Regazzoni, Sylvain Payraudeau et Caroline Grégoire
Laboratoire d’Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS)
27/05/2011 1
http://enrhy.u-strasbg.fr
Introduction
I. Objectif et phases du projet ENRHY
II. Les Ouvrages de Rétention et de Remédiation (OR2)
III. Outil d’analyse pour l’aménagement de bassins de rétention en OR2
IV. Outil d’aide à la décision pour la localisation de nouveaux OR2
V. Perspectives
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ENRHY - « Evaluation nationale du potentiel de réduction des produits
phytosanitaires dans les eaux de surface par des OR2 »
MARS 2010 MARS 2013
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Phase 1 (2010) : Développement de la méthode d’implantation et d’aménagement de nouveaux
OR2 à l’échelle de la région Alsace
Phase 2 (2011) : Transposition, Amélioration et Validation de la méthode d’aménagement etPhase 2 (2011) : Transposition, Amélioration et Validation de la méthode d’aménagement et
d’implantation sur deux sites (Gard et Seine-Maritime)
Phase 3 (2012) : Transposition de la méthode développée sur d’autres hydrosystèmes sur le
territoire national
Piémont viticole et bassin de
rétention de Rouffach
Bassin versant de Bourville
et couple BV-BO de Saint-
Pierre de Varangeville
Seine-Maritime
Alsace
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La finalité du projet est de proposer un guide méthodologique permettant
l’aménagement et l’implantation d’OR2
Bassin versant du Briançon Gard
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Localisation :
- Interface entre zones de pollution diffuse d’origine agricole et les milieux aquatiques
Rôles :
- Stocker temporairement les eaux de ruissellement
- Augmenter le temps de résidence de l’eau � Processus biotiques et abiotiques de
Ouvrage artificiel situé à l’exutoire d’un bassin versant (ou sous-bassin versant) agricole
- Augmenter le temps de résidence de l’eau � Processus biotiques et abiotiques de
dégradation des pesticides
Caractéristiques :
- Double fonctionnalité
(Hydraulique + Remédiation)
Aménagement Implantation- Simple fonctionnalité
(Remédiation)
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� Rétention : Conserver degré de protection
� Remédiation : Maximiser temps de séjour
hydraulique / temps de demi-vie pesticides
� Localisation : Optimiser l’emplacement d’OR2
� Remédiation : Maximiser le pourcentage de
surface agricole contrôlée
Rouffach, Grégoire, 2008 Loches, Tournebize, 2009
Outil d’analyse du système en série bassin versant – bassin de rétention
Hydrologie HydrauliqueSuperficie
Occupation du sol
Curve Number
Temps de concentration
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Couplage de méthodes hydrologiques et hydrauliques et paramètres d’entrée de l’outil
Temps de concentration
Echelle événementielle ou pluriannuelle
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Méthode des volumes
Méthode du SCS-CN (SCS, 1972)
Hydrogramme unitaire de Nash (Nash,
1957)
Sans aménagement : Ecoulement à surface libre
avec orifice connue
Avec aménagement (Filtre) : Ecoulement milieux
poreux (Loi de Darcy)
Quel volume ? Quelle période de retour ? Quel temps de séjour hydraulique ?
Echelle événementielle ou pluriannuelle
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Mise en œuvre de l’outil sur le couple bassin versant du Hohrain et bassin de rétention du
Waldweg (Rouffach, Alsace)Hydrologie du bassin versant
48 événements pluie-débit
entre 24 et 692 m3
Nash = 0.7Temps (min)
Plu
ie (
mm
/6m
in)
Q (m
3/h
)
Unités Sans filtre Avec filtre
20 ans (m3) 255 434
50ans (m3) 308 518
Outlet
18 m
GF SDZ G HGFG
13 m
0.4 m
Inlet
8 m1 m
Volume bassin = 1400 m3Protection contre les
inondations / pesticides1719 événements de pluie-débit observés (1998 – 2010)
Episode du 14/07/2009
Nash moyen : 0.68 ±0.18
Plu
ie (
mm
/6m
in)
Q (m
3/h
)
Hydraulique du bassin
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50ans (m3) 308 518
100 ans (m3) 347 582
TSH (h) 0.14 26
18 m26 m
8 m1 m
• TSH pour atteindre le Temps de ½ vie des
pesticides (photolyse/hydrolyse)
• Ex : Cymoxanil ≈ 1 jours / Glyphosate > 40 jours
• Moyen de favoriser les processus d’atténuation
mais n’est pas la seule condition pour réduire les
pesticides (ex : microorganismes)
Plu
ie (
mm
/6m
in) Q
(m3
/h)
Temps (min)
Nash = 0.9
TSH = 10 h
Episode du 14/07/2009
TSH = 6 min
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Transposabilité de l’outil d’analyse à un hydrosystème karstique
Rouffach Seine Maritime
Chronique de pluie Oui Oui
Superficie du BV Oui Oui
Occupation du sol Oui Oui
Composition du sol Oui Oui
Données acquises sur le site
(prospection terrain), par SIG
ou statistiques
Données sur site ou à proximité
BV
Composition du sol Oui Oui
Curve Number Oui Oui
Temps de montée de l'Hydrogramme Unitaire (HU) Oui Oui
Nombre de réservoir de l'HU Oui Oui
Présence de fonction de perte (bétoire) Non Oui
Variation annuelle de l'occupation du sol Non Oui
OR
2
Surface de l'OR2 Oui Oui
Relation Hauteur volume dans l'ouvrage Oui Oui
Description de l'ouvrage de vidange Oui Oui
Valeurs de calage sur la base
de valeurs observées sur le site
ou un site « modèle »
Fonction calée par assimilation
du comportement aux
déversoirs
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Description de l'ouvrage de vidange
Les études ont montré que les prospections terrains sur le site d’étude sont indispensables
pour vérifier les hypothèses émises. L’application de l’outil sur des couples « bassins
versants – bassin de rétention » non jaugés doit bénéficier d’un calage sur un site
expérimental spécifique à la région à laquelle il appartient.
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Méthodologie d’optimisation de l’implantation et structure de l’outil d’aide à la décision
Etude de la contribution de zones
homogènes au ruissellement de surface
et point de convergence de ces flux :
�Système étudié : hydrosystème / région
agricole
Outil d’aide à la décision (codage python – ArcGIS 10)
BASES DE DONNEES
GEOGRAPHIQUES
RUISSELLEMENT DE SURFACE
CONDITIONS
HYPOTHESES agricole
� Méthode hydrologique : Soil
Conservative Service – Curve Number
DEBIT
PLUIE
RUISSELLEMENT DE SURFACE
Contribution des zones
homogènes spatialisées
ACCUMULATION DES FLUX
Propagation du ruissellement
selon les directions d’écoulement
DETERMINATION DES EXUTOIRES
Statistiques zonales sur les flux
accumulés
HYPOTHESES
HYDROLOGIQUES ?
PLUIE TRAITEE ?
VOLUME DE STOCKAGE
SOUHAITE ?
TYPE DE SURFACES
CONTROLEES ?
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Quelle pluie à traiter ?
Quel volume de stockage ?
EXUTOIRES / BASSINS VERSANTS
Et caractéristiques associées
CONTROLEES ?
Analyse de la faisabilité d’implantation
(technique, financier et juridique)
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Données d’entrée de l’outil : pluie à traiter, volume de stockage souhaité et bases de données
géographiques
Nombre d’événements Pluie cumulée Pourcentage d’événements inférieurs au seuil de pluie cumulée
1 1.2 = nombre de l’événement / nombre totale d’événements (N) * 100
2 1.2 0.2%
Quelle pluie collecter/traiter ?
2 1.2 0.2%
… … …
682 25.2 80%
N = 242 103.5 100%
Tous les événements inférieures à 25.2 mm vont être collectés / traités
� Disponibilité foncière faible
� Conception et gestion à bas coût
� Hauteur d’eau maximale (OR2 simple fonctionnalité) : 1 m (atténuation des pesticides)
Quel volume de stockage souhaité ?
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Quelles informations géographiques en entrée ?
� Topographie (MNT)
� Base de données de l’occupation du sol et du type de sol (détermination du CN)
� Réseau hydrographique et/ou réseau routier (si hypothèse hydrologique)
� Bases de données de faisabilité d’implantation (ex : Zones de protection de l’environnement)
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Bases de données géographiques : Incertitudes
Mise en évidence des :
- Incertitudes spatiales
- Incertitudes thématiques
Données d’entrée de l’outil
Informations géographiques
Résolution spatiale/Date
Source Niveau thématique
Topographie MNT, Altimétrie à 25 m (inclut dans
BD TOPO)
1/25 0002006
IGNAucun
Réseau de routes/chemins et hydrographique
BD TOPO 1/5 000 au 1/50 0002006
IGN Toutes catégories représentées
Type de sol BD SOL 1 1/250 0002006
SIG-LR Texture du sol parfois absente
Type de sol BD SOL 2 1/10 000 à 1/15 000 Bureau d’étude Texture du sol
BD SOL 1 / BD SOL 2 : 56 % de zones
communes spatialement et
thématiquement
Exemple :
Végétation
(%)
Routes
(%)
Vignes
(%)
Urbains
(%)
Comparaison BD OCS
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Type de sol BD SOL 2 1/10 000 à 1/15 0002011
Bureau d’étude Géosoleau (Gard)
Texture du sol détaillée
Occupation du sol BD OCS parcellaire
1/15 0002011
LHYGES à partir de la BD parcellaire et TOPO
de l’IGN et terrainDétaillée
Occupation du sol BD OCS brute 1/50 000 à 1/500 0002009
SIG-LR Peu détaillée, grand ensemble
Occupation du sol BD OCS brute incrémentée des routes et chemins
1/50 000 à 1/500 0002009
Adaptation par le LHYGES à partir de la
BD OCS brute
Peu détaillée, grand ensemble
(%) (%) (%) (%)
BD OCS
parcellaire
11.6 2.5 67.0 5.5
BD OCS
brute
2.9 0 72.0 9.0
BD OCS
incrémentée
2.9 2.45 70.1 8.6
Importance des BD OCS et SOL ����
définit le CN (pouvoir ruisselant du sol)
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Bases de données géographiques : Influence des incertitudes sur les résultats
Scénarios testés
Tests Combinaison des bases de
données OCS/SOL
Pluie et
volume testés
Test 1 OCS parcellaire/SOL 1 (Référence)
Déclenchement du ruissellement
Test 1 OCS parcellaire/SOL 1 (Référence)
P = 25.2, 37.6
et 52.4 mm
V = 100, 300 et
600 m3
Test 2 OCS brute/SOL 1
Test 3 OCS incrémentée/SOL 1
Test 4 OCS parcellaire/SOL 2
Test 5 OCS brute/SOL 2 (Plus dégradée)
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Plus les BD OCS et SOL sont dégradées, moins les zones du bassin versant contribue
au premier ruissellement (pour une pluie de 25.2 mm, Test 1 = 17 % et Test 5 = 5%)
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Bases de données géographiques : Influence des incertitudes sur les résultats
Pluie efficace sur le bassin versantRéférence – Test 5 (OCS
brute/SOL 2 (BD dégradée)
Référence – Test 4 (OCS
parcellaire / SOL 2 (DB dégradée)
Référence – Test 2 (OCS
brute/ SOL 1 (BD précise)
Référence = BD OCS parcellaire / SOL 1
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Erreur relative(%) Test 1 - Test 2 Test 1 -Test 4 Test 1 - Test 5
Pluie 25.2 mm (80%) 20,2 38,7 67,7
Pluie 37.6 mm (90%) 8,5 26,9 40,9
Pluie 52.4 mm (95%) 3,0 19,0 25,6
Volume ruisselé à l’exutoire du bassin versant du Briançon- Sous estimation des volumes à l’exutoire
- Influence majeure d’une BD sol dégradée
- Influence moins importante d’une BD OCS dégradée
Objectif et phases du projet Les OR2 ConclusionAménagement Implantation
Perspectives
AMENAGEMENT
Outil BV-BO :
- Explorer de nouveaux types d’aménagement
- Envisager la création d’un module pesticide - Envisager la création d’un module pesticide
IMPLANTATION
Outil d’aide à la décision :
- Intégrer les calculs de coût d’implantation en fonction des critères analysés
- Prise en compte de la ré-infiltration et évaluation des volumes générés par comparaison avec
ceux observés sur site jaugé
- Evaluation de la prise en compte des éléments fins du paysage (surtout lorsqu’il y a ré-
infiltration possible)
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Phase 3 (2012) : Transposabilité des outils à d’autres territoires (quels critères à identifier clés ?)
Création de guides d’aménagement et d’implantation
Coûts liés à l’étude d’aménagement et réalisation ou l’implantation
Merci pour votre attention (http://enrhy.u-strasbg.fr)