rapport final - infoterreinfoterre.brgm.fr/rapports/rp-55311-fr.pdf · de l'analyse proposée....

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Carte de vulnérabilité intrinsèquesimplifiée des eaux souterraines

\ 7 - de la région Aquitaine

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Rapport final

WRRrBRGM/RP-55311-FRDécembre 2006

GéDSciences pour une Terre durable

brgm

Carte de vulnérabilitéintrinsèque

simplifiée des eauxsouterraines de la

région Aquitaine

BRGM/RP-55311-FRDécembre 2006

Etude réalisée dans le cadre des opérations deService public du B R G M 2005POLA12 et de la

convention M E D D CV05 0000100, fiche 11

Vincent Mardhel

Vérificateur :Original signé par

J-Y Koch-Mathian

VA

Approbateur :Original signé par

Le svstème de manaaement de la Qualité du B R G M est certifié A F A Q ISO 9001 :2000

Giosciences pour uni Terre durable

brgm

Mots clés : Vulnérabilité intrinsèque simplifiée, eaux souteaaines, région Aquitaine, massed'eau souterraine, analyse multicritère, SIG, IDPR.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Carte de vulnérabilité intrinsèquesimplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine. Décembre 2006. BRGM/RP-55311-FR.

© BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Mots clés : Vulnérabilité intrinsèque simplifiée, eaux souteaaines, région Aquitaine, massed'eau souterraine, analyse multicritère, SIG, IDPR.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Carte de vulnérabilité intrinsèquesimplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine. Décembre 2006. BRGM/RP-55311-FR.

© BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine.

Synthèse

L'étude a été réalisée à la demande du Ministère de l'Ecologie et du DéveloppementDurable (MEDD, DPPR/SEI) dans le cadre du programme 05POLA12 de la directionde Service Public du BRGM et de la convention d'études MEDD-BRGMCV 050000100, fiche 11. Le MEDD a souhaité développer avec le BRGM une méthodecartographique homogène et cohérente sur l'ensemble du territoire françaisd'évaluation du risque de migration de polluants vers les premiers aquifères rencontrésà partir de n'importe quel point de pression, à l'échelle d'une région ou d'un bassinhydrographique.

La méthode de cartographie développée permet de traiter les différentes bases dedonnées disponibles sur l'ensemble du territoire à l'aide d'un Système d'infomationGéographique (SIG) sous ArcGis® et de contribuer ainsi, en première approche, à laconnaissance de la vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines. De nombreusesapplications sont possibles en matière de gestion et de surveillance des eauxsouterraines. Les objectifs sont, entre autres, de pouvoir sélectionner les InstallationsClassées et les sites Inscrits dans BASOL (sites pollués ou susceptibles d'être polluésfaisant l'objet d'une action de l'administration) situés dans les secteurs les plusvulnérables pour différents besoins : programme de mise en banque des donnéesqualité acquises dans le cadre de l'auto-surveillance des sites et programmes desun/eillance et de contrôle opérationnel qualitatif des masses d'eau prévues par laDirective Cadre sur l'Eau pour les pollutions ponctuelles.

L'analyse de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines conduite dans cetteétude a été menée sur la combinaison de deux critères :

L'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR),L'épaisseur de la zone non saturée (ZNS).

Elle porte sur la totalité du territoire décrit par les limites de la région Aquitaine et lesmasses d'eau soutenraines qu'elle contient en partie ou totalité.

La vulnérabilité est attribuée aux premiers aquifères rencontrés, celle des nappes plusprofondes ou bien captives n'est pas abordée.

Cette étude exploite l'indice IDPR qui a vocation à simplifier, à de telles échellesd'étude (régionale, district et nationale), l'analyse de la vulnérabilité des eauxsouten-aines\ Calculé de manière uniforme pour l'ensemble du territoire d'étude, il est

^ Une étude d'extension plus importante a été menée et présentée lors de laconférence internationale sur l'évaluation et la cartographie de la vulnérabilité des eauxsouterraines : INTERNATIONAL CONFERENCE ON GROUNDWATER VULNERABILITYASSESSMENT AND MAPPING Ustroñ, Poland IS to 18 June 2004. V. Mardhel, Peter

BRGM/RP-5531 1-FR - Rapport final


Synthèse

L'étude a été réalisée à la demande du Ministère de l'Ecologie et du DéveloppementDurable (MEDD, DPPR/SEI) dans le cadre du programme 05POLA12 de la directionde Service Public du BRGM et de la convention d'études MEDD-BRGMCV 050000100, fiche 11. Le MEDD a souhaité développer avec le BRGM une méthodecartographique homogène et cohérente sur l'ensemble du territoire françaisd'évaluation du risque de migration de polluants vers les premiers aquifères rencontrésà partir de n'importe quel point de pression, à l'échelle d'une région ou d'un bassinhydrographique.

La méthode de cartographie développée permet de traiter les différentes bases dedonnées disponibles sur l'ensemble du territoire à l'aide d'un Système d'infomationGéographique (SIG) sous ArcGis® et de contribuer ainsi, en première approche, à laconnaissance de la vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines. De nombreusesapplications sont possibles en matière de gestion et de surveillance des eauxsouterraines. Les objectifs sont, entre autres, de pouvoir sélectionner les InstallationsClassées et les sites Inscrits dans BASOL (sites pollués ou susceptibles d'être polluésfaisant l'objet d'une action de l'administration) situés dans les secteurs les plusvulnérables pour différents besoins : programme de mise en banque des donnéesqualité acquises dans le cadre de l'auto-surveillance des sites et programmes desun/eillance et de contrôle opérationnel qualitatif des masses d'eau prévues par laDirective Cadre sur l'Eau pour les pollutions ponctuelles.

L'analyse de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines conduite dans cetteétude a été menée sur la combinaison de deux critères :

L'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR),L'épaisseur de la zone non saturée (ZNS).

Elle porte sur la totalité du territoire décrit par les limites de la région Aquitaine et lesmasses d'eau soutenraines qu'elle contient en partie ou totalité.

La vulnérabilité est attribuée aux premiers aquifères rencontrés, celle des nappes plusprofondes ou bien captives n'est pas abordée.

Cette étude exploite l'indice IDPR qui a vocation à simplifier, à de telles échellesd'étude (régionale, district et nationale), l'analyse de la vulnérabilité des eauxsouten-aines\ Calculé de manière uniforme pour l'ensemble du territoire d'étude, il est

^ Une étude d'extension plus importante a été menée et présentée lors de laconférence internationale sur l'évaluation et la cartographie de la vulnérabilité des eauxsouterraines : INTERNATIONAL CONFERENCE ON GROUNDWATER VULNERABILITYASSESSMENT AND MAPPING Ustroñ, Poland IS to 18 June 2004. V. Mardhel, Peter


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souten'aines de la région Aquitaine.

indépendant de la densité des informations ponctuelles habituellement nécessaires àce type d'analyse.

L'analyse critique des résultats et la comparaison avec d'autres méthodes devulnérabilité, ont permis de valider une première combinaison des critères exploitésparmi les différents scénarii de l'analyse proposée. Cette combinaison décrite à la suitede ce rapport peut être affinée, recomposée dans le cadre d'étude et d'enjeuxparticuliers. L'outil SIG développé et remis sur CDRom, contient les élémentsnécessaires et suffisants à de telles analyses.

L'analyse combinatoire des données géographiques a été menée au moyen du logicielde traitement cartographique ArcGis© et s'apparente à une méthodologie decartographie à index.

Cette carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines (scénario depondération retenu 50 % IDPR et 50 % ZNS) de la région Aquitaine constitue ledocument final qui pourra être exploité par la suite en tant que complément dans lecadre de l'élaboration d'un réseau de surveillance de l'état qualitatif des masses d'eausouterraine. Il est prévu que dans un deuxième temps, la cartographie selon cetteméthodologie soit étendue à l'ensemble du bassin Adour-Garonne en 2007.

Dans le cadre de ce programme, les méthodes de calcul et de combinaison descritères IDPR et ZNS de la carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée décrite dans cerapport ont été appliquées autour d'Installations Classées et de sites BASOLsélectionnés et géo-localisés par la DRIRE de la région Aquitaine. Les résultats ontmontré que 62 % de ces 655 sites sont classés dans des zones fortement vulnérables.Parmi ceux-ci, 310 sites font l'objet d'une surveillance des eaux souterraines et d'unprogramme de bancarisation des données dans la banque de données nationaleADES (portail fédérant l'ensemble des infonnations quantitatives et qualitatives sur leseaux souterraines). L'application des critères a permis de hiérarchiser les sites retenusen priorité pour faire l'objet de ce programme mis en uvre en 2007.

Frantar, Joze Uhan, A. MiSo from Slovenia: Index of development and persistence of the rivernetworks as a component of regional groundwater vulnerability assessment in Slovenia.



indépendant de la densité des informations ponctuelles habituellement nécessaires àce type d'analyse.

L'analyse critique des résultats et la comparaison avec d'autres méthodes devulnérabilité, ont permis de valider une première combinaison des critères exploitésparmi les différents scénarii de l'analyse proposée. Cette combinaison décrite à la suitede ce rapport peut être affinée, recomposée dans le cadre d'étude et d'enjeuxparticuliers. L'outil SIG développé et remis sur CDRom, contient les élémentsnécessaires et suffisants à de telles analyses.

L'analyse combinatoire des données géographiques a été menée au moyen du logicielde traitement cartographique ArcGis© et s'apparente à une méthodologie decartographie à index.

Cette carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines (scénario depondération retenu 50 % IDPR et 50 % ZNS) de la région Aquitaine constitue ledocument final qui pourra être exploité par la suite en tant que complément dans lecadre de l'élaboration d'un réseau de surveillance de l'état qualitatif des masses d'eausouterraine. Il est prévu que dans un deuxième temps, la cartographie selon cetteméthodologie soit étendue à l'ensemble du bassin Adour-Garonne en 2007.

Dans le cadre de ce programme, les méthodes de calcul et de combinaison descritères IDPR et ZNS de la carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée décrite dans cerapport ont été appliquées autour d'Installations Classées et de sites BASOLsélectionnés et géo-localisés par la DRIRE de la région Aquitaine. Les résultats ontmontré que 62 % de ces 655 sites sont classés dans des zones fortement vulnérables.Parmi ceux-ci, 310 sites font l'objet d'une surveillance des eaux souterraines et d'unprogramme de bancarisation des données dans la banque de données nationaleADES (portail fédérant l'ensemble des infonnations quantitatives et qualitatives sur leseaux souterraines). L'application des critères a permis de hiérarchiser les sites retenusen priorité pour faire l'objet de ce programme mis en uvre en 2007.

Frantar, Joze Uhan, A. MiSo from Slovenia: Index of development and persistence of the rivernetworks as a component of regional groundwater vulnerability assessment in Slovenia.



Sommaire

1. Introduction 11

1.1. CONTEXTE 11

1.2. OBJECTIF 12

1.3. LE TERRITOIRE D'ETUDE 13

2. Contexte géologique, géomorphologique et hydrogéologique 15

2.1. SYNTHESE DES AQUIFERES PRESENTS 17

3. La vulnérabilité des aquifères : rappels et méthodologie de cartographie 19

3.1. NOTIONS GENERALES DE VULNERABILITE 19

3.2. CRITERES UTILISES 20

3.3. METHODE D'ANALYSE SIMPLIFIEE DE LA VULNERABILITE DES EAUX.. ..21

3.4. DONNEES DE BASE UTILISEES DANS LE CADRE DE L'ETUDE 22

4. Détermination de l'épaisseur de la zone non saturée 23

4.1. CARTOGRAPHIE DES NIVEAUX D'EAU MOYENS 23

4.1.1. Données initiales 244.1.2. Densification du semis de points 254.1.3.lnterpolation et cartographie des niveaux d'eau moyens 27

4.2. CALCUL ET CARTOGRAPHIE DE L'EPAISSEUR DE LA ZONE NON-S/VrUREE 28

5. Cartographie de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR)37

5.1. GEOLOGIE ET RIVIERES 37

5.2. DEFINITION DE L'IDPR (INDICE DE DEVELOPPEMENT ET PERSISTANCEDES RESEAUX) 39

5.3. COUCHES D'INFORMATIONS UTILISEES 39

5.4. CALCUL DU RESEAU DES TALWEGS 41

5.4.1.Pré-traitementduMNT-zonesde dépression 42



Sommaire

1. Introduction 11

1.1. CONTEXTE 11

1.2. OBJECTIF 12

1.3. LE TERRITOIRE D'ETUDE 13

2. Contexte géologique, géomorphologique et hydrogéologique 15

2.1. SYNTHESE DES AQUIFERES PRESENTS 17

3. La vulnérabilité des aquifères : rappels et méthodologie de cartographie 19

3.1. NOTIONS GENERALES DE VULNERABILITE 19

3.2. CRITERES UTILISES 20

3.3. METHODE D'ANALYSE SIMPLIFIEE DE LA VULNERABILITE DES EAUX.. ..21

3.4. DONNEES DE BASE UTILISEES DANS LE CADRE DE L'ETUDE 22

4. Détermination de l'épaisseur de la zone non saturée 23

4.1. CARTOGRAPHIE DES NIVEAUX D'EAU MOYENS 23

4.1.1. Données initiales 244.1.2. Densification du semis de points 254.1.3.lnterpolation et cartographie des niveaux d'eau moyens 27

4.2. CALCUL ET CARTOGRAPHIE DE L'EPAISSEUR DE LA ZONE NON-S/VrUREE 28

5. Cartographie de l'indice de développement et persistance des réseaux (IDPR)37

5.1. GEOLOGIE ET RIVIERES 37

5.2. DEFINITION DE L'IDPR (INDICE DE DEVELOPPEMENT ET PERSISTANCEDES RESEAUX) 39

5.3. COUCHES D'INFORMATIONS UTILISEES 39

5.4. CALCUL DU RESEAU DES TALWEGS 41

5.4.1.Pré-traitementduMNT-zonesde dépression 42



5.4.2. Pré-traitement du MNT -zones planes 42

5.4.3.Réseau de Talweg calculé 43

5.5. CALCUL DE L'IDPR 45

5.6. ANALYSE DES RESULTATS FOURNIS PAR L'IDPR 47

5.7. AGREGATION DES DONNEES PAR UNITES SPATIALES 48

6. Cartographie de l'indice simplifié de vulnérabilité 51

6.1. CALCUL DE LA VULNERABILITE DES EAUX SOUTERRAINES 51

6.2. CRITERE IDPR 52

6.3. CRITERE ZNS 53

6.4. ANALYSE CRITIQUE DES RESULTATS 63

6.4.1.lndice IDPR sur craie 63

6.4.2.lndice IDPR hors craie 666.4.3.Poids relatifs IDPR/ZNS dans le cas des vallées alluviales 67

6.5. VALIDATION DE LA METHODE IDPR/ZNS PAR DES ZONES DE CONTROLEDES RESULTATS 71

6.5.1.Département de la Dordogne 71

6.5.2. Calcul de l'index de vulnérabilité 72

6.6. COMPARAISON AVEC LA CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITE DESSYSTEMES AQUIFERES DE L'AQUITAINE (BRGM/RP-52042-FR) 76

7. Le système d'information lié à la vulnérabilité des eaux souterraines de larégion Aquitaine 81

7.1. GEODATABASE« VULNERABILITEAQI.MDB» 81

7.2. CALCULATRICE -CRITERES IDPR ET ZNS 82

7.3. FICHIERS NUMERIQUES ASSOCIES AU CDROM 83

7. 3.1, Les cartes 83

7.3.2, Les données 84

7.3.3.Les documents et programmes 87

8. Conclusion 89

9. Bibliographie 91

BRGM/RP-55311-FR - Rapport final


5.4.2. Pré-traitement du MNT -zones planes 42

5.4.3.Réseau de Talweg calculé 43

5.5. CALCUL DE L'IDPR 45

5.6. ANALYSE DES RESULTATS FOURNIS PAR L'IDPR 47

5.7. AGREGATION DES DONNEES PAR UNITES SPATIALES 48

6. Cartographie de l'indice simplifié de vulnérabilité 51

6.1. CALCUL DE LA VULNERABILITE DES EAUX SOUTERRAINES 51

6.2. CRITERE IDPR 52

6.3. CRITERE ZNS 53

6.4. ANALYSE CRITIQUE DES RESULTATS 63

6.4.1.lndice IDPR sur craie 63

6.4.2.lndice IDPR hors craie 666.4.3.Poids relatifs IDPR/ZNS dans le cas des vallées alluviales 67

6.5. VALIDATION DE LA METHODE IDPR/ZNS PAR DES ZONES DE CONTROLEDES RESULTATS 71

6.5.1.Département de la Dordogne 71

6.5.2. Calcul de l'index de vulnérabilité 72

6.6. COMPARAISON AVEC LA CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITE DESSYSTEMES AQUIFERES DE L'AQUITAINE (BRGM/RP-52042-FR) 76

7. Le système d'information lié à la vulnérabilité des eaux souterraines de larégion Aquitaine 81

7.1. GEODATABASE« VULNERABILITEAQI.MDB» 81

7.2. CALCULATRICE -CRITERES IDPR ET ZNS 82

7.3. FICHIERS NUMERIQUES ASSOCIES AU CDROM 83

7. 3.1, Les cartes 83

7.3.2, Les données 84

7.3.3.Les documents et programmes 87

8. Conclusion 89

9. Bibliographie 91

BRGM/RP-55311-FR - Rapport final


Liste des illustrations

Figure 1 : répartition, par commune, de ia population en 1999 (INSEE recens. 1999) 13

Figure 2 : Carte de ia région Aquitaine et de ses principaux bassins hydrologiques 14

Figure 3 : Carte des précipitations moyennes annuelles 14

Figure 4 : Contexte géologique 15

Figure 5 : Coupe géologique schématique du département de ia Gironde - sourceSAGE - Nappes profondes en Gironde - Etat des lieux 16

Figure 6 : Définition de la zone non saturée. (Hydrogeologie, G. Castany, 2000) 20

Figure 7 : Points d'eau de ia banque de données du sous-sot (BSS) 24

Figure 8 : intersection des couches d'informations constituant les unités fonctionnelles 25

Figure 9 : Unités fonctionnelles de la région Aquitaine 26

Figure 10 : Densification des points d'eau 27

Figure 1 1 : Carte de l'épaisseur moyenne de ia zone non saturée pouria régionaquitaine 28

Figure 12 : Carte de l'épaisseur moyenne de ia zone non saturée par masses d'eau etpar entités BDRHF VI 29

Figure 13 : Localisation des écarts observés pouria ZNS selon ¡a méthoded'aggrégation des résultats de l'interpolation 30

Figure 14 : Masse d'eau n" 5092 31

Figure 15 : Fiche piézométrique du point 08071X00281F 32

Figure 16 : Piézomètre 07827X0006IF 32

Figure 17: Calcaire des Causses du Quercy : Masse d'eau 5040 33

Figure 18 : Masse d'eau 5052 34


Figure 20 : piézomètre inclus dans ia masse d'eau 5051 36

Figure 21 ; Réseau hydrologique de ia région Aquitaine 40

Figure 22 : Carte du réseau des talwegs : Données fournies en annexe (coucheTalwegs) 44

Figure 23 : Données brutes du calcul de i'IDPR - Données fournies en annexe (GrilleIDPR) 47

Figure 24 : IDPR affecté aux unités fonctionnelles - Données fournies en annexe(couverture unités fonctionnelles - Attribut IDPR) 48

Figure 25 : Valeurs normées du critère IDPR selon ia nature des masses d'eau 53

Figure 26 : Valeurs normées du critère ZNS selon ia nature et le type d'écoulement desmasses d'eau 54



Liste des illustrations

Figure 1 : répartition, par commune, de ia population en 1999 (INSEE recens. 1999) 13

Figure 2 : Carte de ia région Aquitaine et de ses principaux bassins hydrologiques 14

Figure 3 : Carte des précipitations moyennes annuelles 14

Figure 4 : Contexte géologique 15

Figure 5 : Coupe géologique schématique du département de ia Gironde - sourceSAGE - Nappes profondes en Gironde - Etat des lieux 16

Figure 6 : Définition de la zone non saturée. (Hydrogeologie, G. Castany, 2000) 20

Figure 7 : Points d'eau de ia banque de données du sous-sot (BSS) 24

Figure 8 : intersection des couches d'informations constituant les unités fonctionnelles 25

Figure 9 : Unités fonctionnelles de la région Aquitaine 26

Figure 10 : Densification des points d'eau 27

Figure 1 1 : Carte de l'épaisseur moyenne de ia zone non saturée pouria régionaquitaine 28

Figure 12 : Carte de l'épaisseur moyenne de ia zone non saturée par masses d'eau etpar entités BDRHF VI 29

Figure 13 : Localisation des écarts observés pouria ZNS selon ¡a méthoded'aggrégation des résultats de l'interpolation 30

Figure 14 : Masse d'eau n" 5092 31

Figure 15 : Fiche piézométrique du point 08071X00281F 32

Figure 16 : Piézomètre 07827X0006IF 32

Figure 17: Calcaire des Causses du Quercy : Masse d'eau 5040 33



Figure 20 : piézomètre inclus dans ia masse d'eau 5051 36

Figure 21 ; Réseau hydrologique de ia région Aquitaine 40

Figure 22 : Carte du réseau des talwegs : Données fournies en annexe (coucheTalwegs) 44

Figure 23 : Données brutes du calcul de i'IDPR - Données fournies en annexe (GrilleIDPR) 47

Figure 24 : IDPR affecté aux unités fonctionnelles - Données fournies en annexe(couverture unités fonctionnelles - Attribut IDPR) 48

Figure 25 : Valeurs normées du critère IDPR selon ia nature des masses d'eau 53

Figure 26 : Valeurs normées du critère ZNS selon ia nature et le type d'écoulement desmasses d'eau 54



Figure 27 : Carte de la région Aquitaine, représentation du critère IDPR 55

Figure 28 : Carte de la région Aquitaine, représentation du critère ZNS 56

Figure 29 : Scénario 10 % IDPR et 90 % ZNS 57








Figure 37: Scénario 90 % IDPR et 10 % ZNS 61

Figure 38: Légende des scénarios présentés 61

Figure 39 : Carte de ia région Aquitaine, représentation de ia vulnérabilité des eauxsouten-aines (ratio 50150 IDPR et ZNS) 62

Figure 40 : Etat d'avancement de l'alimentation de ia base de données nationale BDCavités (www.BDCavites.net) 64

Figure 41 : Densité au km^ des cavités naturelles, gouffres, dolines et pertes (Dordogneet Lot et Garonne) 65

Figure 42: Bloc diagramme représentant un paysage karstique synthétique (extrait de :M. Bakalowicz (1999)) 66

Figure 43 : Vulnérabilité des eaux souterraines de la région Aquitaine (combinaison50/50 plus Seuil ZNS à 3m ) 68

Figure 44 : Carte de vulnérabilité finale 70

Figure 45 : Synthèse hydrogéologique de ia Dordogne, carte de vulnérabilité (rapportBRGM 2003) 73

Figure 46 : Numérisation des données initiales en une grille de valeurs continues 74

Figure 47 : Comparaison de ia carte de vulnérabilité de la Synthèse Dordogne et de lacarte de vulnérabilité proposée pour l'Aquitaine 75

Figure 48 : Carte de vulnérabilité de ia région Aquitaine, étude de 2002 76

Figure 49 : Perméabilité des formations Synthèse de 20021 indice IDPR calculé 77

Figure 50 : Cartes des épaisseurs de ia zone non saturée 77

Figure 51 : Comparaison de ia carte de vulnérabilité de 2002 et celle de ia méthodesimplifiée 78

Figure 52 : Carte des formations llthologlques de la région Aquitaine, 2002 79

Figure 53 : formulaire Access de calcul de l'indice de vulnérabilité 81

Figure 54: 14 combinaisons typeinature de l'écoulement recensé en région Aquitaine 82

Figure 55: Onglet IDPR de la calculatrice de vulnérabilité 82

Figure 56 : Onglet ZNS de ia calculatrice de vulnérabilité 83



Figure 27 : Carte de la région Aquitaine, représentation du critère IDPR 55

Figure 28 : Carte de la région Aquitaine, représentation du critère ZNS 56









Figure 37: Scénario 90 % IDPR et 10 % ZNS 61

Figure 38: Légende des scénarios présentés 61

Figure 39 : Carte de ia région Aquitaine, représentation de ia vulnérabilité des eauxsouten-aines (ratio 50150 IDPR et ZNS) 62

Figure 40 : Etat d'avancement de l'alimentation de ia base de données nationale BDCavités (www.BDCavites.net) 64

Figure 41 : Densité au km^ des cavités naturelles, gouffres, dolines et pertes (Dordogneet Lot et Garonne) 65

Figure 42: Bloc diagramme représentant un paysage karstique synthétique (extrait de :M. Bakalowicz (1999)) 66

Figure 43 : Vulnérabilité des eaux souterraines de la région Aquitaine (combinaison50/50 plus Seuil ZNS à 3m ) 68

Figure 44 : Carte de vulnérabilité finale 70

Figure 45 : Synthèse hydrogéologique de ia Dordogne, carte de vulnérabilité (rapportBRGM 2003) 73

Figure 46 : Numérisation des données initiales en une grille de valeurs continues 74

Figure 47 : Comparaison de ia carte de vulnérabilité de la Synthèse Dordogne et de lacarte de vulnérabilité proposée pour l'Aquitaine 75

Figure 48 : Carte de vulnérabilité de ia région Aquitaine, étude de 2002 76

Figure 49 : Perméabilité des formations Synthèse de 20021 indice IDPR calculé 77

Figure 50 : Cartes des épaisseurs de ia zone non saturée 77

Figure 51 : Comparaison de ia carte de vulnérabilité de 2002 et celle de ia méthodesimplifiée 78

Figure 52 : Carte des formations llthologlques de la région Aquitaine, 2002 79

Figure 53 : formulaire Access de calcul de l'indice de vulnérabilité 81

Figure 54: 14 combinaisons typeinature de l'écoulement recensé en région Aquitaine 82

Figure 55: Onglet IDPR de la calculatrice de vulnérabilité 82

Figure 56 : Onglet ZNS de ia calculatrice de vulnérabilité 83



Figure 57: Définition des poids relatifs des critères IDPR et ZNS 83

Figure 58: Exemple de carte de vulnérabilité par masses d'eau d'eau souterraine 85

Figure 59: Représentation de ia carte de vulnérabilité de la Région Aquitaine au formatAO 86

Liste des annexes

Annexe 1 Méthodes existantes de cartographie de la vulnérabilité des aquifères 93

Annexe 2 Les méthodes d'interpolation 99

Annexe 3 Contenu du CDROM 103



Figure 57: Définition des poids relatifs des critères IDPR et ZNS 83

Figure 58: Exemple de carte de vulnérabilité par masses d'eau d'eau souterraine 85

Figure 59: Représentation de ia carte de vulnérabilité de la Région Aquitaine au formatAO 86

Liste des annexes

Annexe 1 Méthodes existantes de cartographie de la vulnérabilité des aquifères 93

Annexe 2 Les méthodes d'interpolation 99

Annexe 3 Contenu du CDROM 103



1. Introduction

1.1. CONTEXTE

L'étude a été réalisée à la demande du Ministère de l'Ecologie et du DéveloppementDurable (MEDD, DPPR/SEI) dans le cadre du programme 05POLA12 de la directionde Service Public du BRGM et de la convention d'études MEDD-BRGMCV 050000100, fiche 1 1. Le MEDD a souhaité développer avec le BRGM une méthodecartographique homogène et cohérente sur l'ensemble du territoire françaisd'évaluation du risque de migration de polluants vers les premiers aquifères rencontrésà partir de n'importe quel point de pression, à l'échelle d'une région ou d'un bassinhydrographique. En effet, depuis plusieurs années, ont été engagées en France et enEurope la réalisation de cartes de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eauxsouterraines à l'échelle de grands territoires, utilisant un Système d'InformationGéographique (SIG) qui permet de traiter les différentes données numériquesgéographiques, géologiques, hydrogéologiques..., disponibles sur l'ensemble duterritoire. Dans le bassin Seine-Nonnandie, la cartographie réalisée en 2004 enpartenariat avec le MEDD et l'Agence de l'Eau Seine-Normandie avait pour objectifd'identifier les aquifères les plus vulnérables au droit des sites BASOL. D'autresbassins et régions ont également mené ce type de cartographie (bassin LoireBretagne, région Nord-Pas de Calais).

En 2005, il a été décidé d'initier une telle cartographie en région Aquitaine et del'appliquer dans un premier temps aux sites de BASOL et aux Installations Classées envue de les classer en fonction de différents altères de vulnérabilité des nappes autourdes sites et de contribuer à prioriser les actions de surveillance des eaux souterraines.Dans un deuxième temps, la cartographie sera étendue à l'ensemble du bassinhydrographique Adour-Garonne en partenariat avec l'Agence de l'Eau.

L'abondance, la puissance et la diversité des formations sédimentaires font del'Aquitaine une région riche en eaux souterraines.

Les eaux souterraines sont essentiellement exploitées en Aquitaine pour la productiond'eau potable (30 %), l'inigation (45 %) et l'industrie (23 %), mais aussi pour les eauxthermales et minérales et la géothemriie. Sur plus de 1100 millions de m3 prélevés paran, 80 % proviennent de nappes libres et d'eaux de surface et 20 % de nappesprofondes. Ces activités génèrent une surexploitation, potentielle ou avérée, decertaines nappes profondes, une dégradation de la qualité des nappes superficielles,mais aussi une baisse saisonnière de leur niveau. La préservation de cette ressourceest un enjeu primordial.

Le Schéma Directeur d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) et sadéclinaison en Schémas locaux d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE) sonten cours de révision dans le cadre de la politique européenne sur l'eau. Laconnaissance de la vulnérabilité intrinsèque des masses d'eau souterraine de niveau 1

BRGM/RP-5531 1-FR -Rapport final 11


1. Introduction

1.1. CONTEXTE

L'étude a été réalisée à la demande du Ministère de l'Ecologie et du DéveloppementDurable (MEDD, DPPR/SEI) dans le cadre du programme 05POLA12 de la directionde Service Public du BRGM et de la convention d'études MEDD-BRGMCV 050000100, fiche 1 1. Le MEDD a souhaité développer avec le BRGM une méthodecartographique homogène et cohérente sur l'ensemble du territoire françaisd'évaluation du risque de migration de polluants vers les premiers aquifères rencontrésà partir de n'importe quel point de pression, à l'échelle d'une région ou d'un bassinhydrographique. En effet, depuis plusieurs années, ont été engagées en France et enEurope la réalisation de cartes de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eauxsouterraines à l'échelle de grands territoires, utilisant un Système d'InformationGéographique (SIG) qui permet de traiter les différentes données numériquesgéographiques, géologiques, hydrogéologiques..., disponibles sur l'ensemble duterritoire. Dans le bassin Seine-Nonnandie, la cartographie réalisée en 2004 enpartenariat avec le MEDD et l'Agence de l'Eau Seine-Normandie avait pour objectifd'identifier les aquifères les plus vulnérables au droit des sites BASOL. D'autresbassins et régions ont également mené ce type de cartographie (bassin LoireBretagne, région Nord-Pas de Calais).

En 2005, il a été décidé d'initier une telle cartographie en région Aquitaine et del'appliquer dans un premier temps aux sites de BASOL et aux Installations Classées envue de les classer en fonction de différents altères de vulnérabilité des nappes autourdes sites et de contribuer à prioriser les actions de surveillance des eaux souterraines.Dans un deuxième temps, la cartographie sera étendue à l'ensemble du bassinhydrographique Adour-Garonne en partenariat avec l'Agence de l'Eau.

L'abondance, la puissance et la diversité des formations sédimentaires font del'Aquitaine une région riche en eaux souterraines.

Les eaux souterraines sont essentiellement exploitées en Aquitaine pour la productiond'eau potable (30 %), l'inigation (45 %) et l'industrie (23 %), mais aussi pour les eauxthermales et minérales et la géothemriie. Sur plus de 1100 millions de m3 prélevés paran, 80 % proviennent de nappes libres et d'eaux de surface et 20 % de nappesprofondes. Ces activités génèrent une surexploitation, potentielle ou avérée, decertaines nappes profondes, une dégradation de la qualité des nappes superficielles,mais aussi une baisse saisonnière de leur niveau. La préservation de cette ressourceest un enjeu primordial.

Le Schéma Directeur d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE) et sadéclinaison en Schémas locaux d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE) sonten cours de révision dans le cadre de la politique européenne sur l'eau. Laconnaissance de la vulnérabilité intrinsèque des masses d'eau souterraine de niveau 1



sur l'ensemble de la région Aquitaine sera un élément important de l'élaboration del'analyse de risque menée en conformité avec la Directive Cadre européenne sur l'Eauet un complément dans le cadre de l'élaboration du réseau de surveillance de l'étatqualitatif des masses d'eau souten'aine.

La connaissance territoriale de l'enjeu plus ou moins fort que constituent les nappessouterraines est un élément important en termes d'aménagement du tenitoire et degestion des eaux. Au-delà des constats de bonne ou mauvaise qualité des eauxsouterraines, il est nécessaire d'appréhender leur vulnérabilité en termes de sensibilitéà la pollution, pour comprendre et remédier à des situations passées, mais aussiprévenir des situations futures.

L'application de plusieurs directives européennes nécessite d'apprécier la vulnérabilitédes nappes, en lui donnant, en l'occun-ence, des significations différentes.

- La Directive Cadre sur l'Eau (DCE) fixe, aux pays membres, l'objectif d'atteindre« le bon état qualitatif et quantitatif des masses d'eau » en 2015. La notion devulnérabilité intrinsèque des nappes est l'un des outils de cette démarche.

- La Directive « Nitrates », a, quant à elle, permis de définir des zones« vulnérables » dans lesquelles des actions ont déjà été mises en luvre pourdiminuer les intrants d'azote et de phosphore. Là également, il est utile deconnaître le degré de vulnérabilité intrinsèque des nappes concernées.

Par ailleurs, au niveau national, un plan « phytosanitaires » est en cours de mise enplace, à la demande du Ministère chargé de l'Ecologie et du Développement Durable,nécessitant de faire l'état des lieux de ce type de pollution et de définir la vulnérabilitédes eaux superficielles et souterraines vis-à-vis de ces polluants.

La réalisation de cet objectif conduit donc à la réalisation d'une carte de vulnérabilitésimplifiée des eaux souten'aines de la région Aquitaine au 1/100000*.

1.2. OBJECTIF

Pour réaliser l'objectif cité précédemment, une méthodologie permettant d'évaluer lavulnérabilité, à partir d'un ensemble d'informations (topographie, réseau des coursd'eau,...) et de leur traitement numérique, a été employée et validée. Cetteméthodologie et les hypothèses simplificatrices qui la sous tendent sont présentées auchapitre 2, après quelques rappels de définitions.

A partir de plusieurs paramètres, il sera défini un nombre limité de classes devulnérabilité (5 classes retenues) pour les eaux souterraines. Une cartographie deszones de vulnérabilité sera réalisée sur l'ensemble du bassin et se rapportera in fineaux contours des masses d'eau au sein desquelles seront détaillées les limites deszones hydrologiques et des grandes limites géologiques et hydrogéologiques.

12 BRGM/RP-5531 1-FR -Rapport final


sur l'ensemble de la région Aquitaine sera un élément important de l'élaboration del'analyse de risque menée en conformité avec la Directive Cadre européenne sur l'Eauet un complément dans le cadre de l'élaboration du réseau de surveillance de l'étatqualitatif des masses d'eau souten'aine.

La connaissance territoriale de l'enjeu plus ou moins fort que constituent les nappessouterraines est un élément important en termes d'aménagement du tenitoire et degestion des eaux. Au-delà des constats de bonne ou mauvaise qualité des eauxsouterraines, il est nécessaire d'appréhender leur vulnérabilité en termes de sensibilitéà la pollution, pour comprendre et remédier à des situations passées, mais aussiprévenir des situations futures.

L'application de plusieurs directives européennes nécessite d'apprécier la vulnérabilitédes nappes, en lui donnant, en l'occun-ence, des significations différentes.

- La Directive Cadre sur l'Eau (DCE) fixe, aux pays membres, l'objectif d'atteindre« le bon état qualitatif et quantitatif des masses d'eau » en 2015. La notion devulnérabilité intrinsèque des nappes est l'un des outils de cette démarche.

- La Directive « Nitrates », a, quant à elle, permis de définir des zones« vulnérables » dans lesquelles des actions ont déjà été mises en luvre pourdiminuer les intrants d'azote et de phosphore. Là également, il est utile deconnaître le degré de vulnérabilité intrinsèque des nappes concernées.

Par ailleurs, au niveau national, un plan « phytosanitaires » est en cours de mise enplace, à la demande du Ministère chargé de l'Ecologie et du Développement Durable,nécessitant de faire l'état des lieux de ce type de pollution et de définir la vulnérabilitédes eaux superficielles et souterraines vis-à-vis de ces polluants.

La réalisation de cet objectif conduit donc à la réalisation d'une carte de vulnérabilitésimplifiée des eaux souten'aines de la région Aquitaine au 1/100000*.

1.2. OBJECTIF

Pour réaliser l'objectif cité précédemment, une méthodologie permettant d'évaluer lavulnérabilité, à partir d'un ensemble d'informations (topographie, réseau des coursd'eau,...) et de leur traitement numérique, a été employée et validée. Cetteméthodologie et les hypothèses simplificatrices qui la sous tendent sont présentées auchapitre 2, après quelques rappels de définitions.

A partir de plusieurs paramètres, il sera défini un nombre limité de classes devulnérabilité (5 classes retenues) pour les eaux souterraines. Une cartographie deszones de vulnérabilité sera réalisée sur l'ensemble du bassin et se rapportera in fineaux contours des masses d'eau au sein desquelles seront détaillées les limites deszones hydrologiques et des grandes limites géologiques et hydrogéologiques.



1.3. LE TERRITOIRE D'ETUDE

La région Aquitaineconcerne 5 départements.(Dordogne, Gironde, Lot-et-Garonne, Landes etPyrénées-Atlantiques). Ellecomprend environ 2.300c o m m u n e s dont 22 villesde plus de 20.000habitants en 1999. Troismillions d'habitants y viventavec une densité moyennede 86 habitants par krrb.Non uniforme, cette densitése fait à proximité du littoralet des grands cours d'eau.Le poids démographiqueprincipal est autour de lacommunauté urbaine deBordeaux. L'Aquitaine sedistingue également par unbesoin en eau important del'agriculture où la surfaceirriguée représente 19 %de la surface agricole utiletotale (6 % pour le reste duterritoire - Source CRAAquitaine-Agreste,recensement 2000)

Figure 1 : répartition, parcommune, de la populationen 1999 (INSEE recens. 1999)

BRGM/RP-55311-FR - Rapport final 13


Le bassin est constitué de 3 entitésprincipales, le bassin de l'Adour et de sesaffluents, les bassins de la Dordogne etde la Gironde

La surface de la région (d'environ 41 900km 2 ) représente 7.6 % du territoiremétropolitain. Elle est caractérisée par450 k m de côtes, des nappessouterraines importantes ainsi qu'unmassif montagneux ancien à sonextrémité nord-est, le Massif central et unmassif plus récent, les Pyrénées.

Figure 2 : Carte de la région Aquitaine etde ses principaux bassins hydrologiques

Gotiets^aqurtainsG»iofiñ#»quitain« » lavai du Lot

Garobi»<gasçonriâ «nti « laJîav« « I« Lot

mm696-800

• 801-BS6• 857-B86• 867-903D « M - 9 3 3

9 X - 9 W990-1093I 094 -1 287I 288 -1 M T1 648 - 2 316

Les précipitations sont comprisesentre 695 m m d'eau et 2.315 m md'eau par an (carte desprécipitations de Météo-Francedressée selon la méthodeA U R E L H Y (Benichou et al 1986),créant ainsi des situations trèscontrastées sur le bassin {influencesocéaniques et continentales). Lesplus fortes précipitations sontobservées sur les deux massifsmontagneux, aux extrémités dubassin. La frange littorale est, engénéral, plus arrosée que l'amère-pays. Les vastes plaines, traverséespar la Gironde, reçoivent desapports pluviométriques plus faibles.

Figure 3 : Carte des précipitationsmoyennes annuelles

14 BRGM/RP-55311-FR - Rapport final


2. Contexte géologique, géomorphologique ethydrogéologique

Figure 4 : Contexte géologique

La région Aquitaine, se partage en trois grands domaines géologiques. Le domaine desocle (Massif central) et le domaine sédimentaire composé d'un empilement de



formations perméables, constituées de grès ou de calcaires, où alternent des argiles etdes marnes peu perméables (Bassin aquitain) et le domaine intensément plissé desPyrénées.

Le bassin sédimentaire de l'Aquitaine est d'extension interrégionale. Les couches lesplus anciennes affleurent à l'Est et au Nord et sont recouvertes par les couches plusrécentes qui s'épaississent et s'approfondissent vers l'Ouest pour s'étendre largementsous le plateau continental à plus de 50 kilomètres au large de la côte girondine.

C e s terrains appartiennent à des formations géologiques allant du secondaire (250millions d'années) au Pliocène (1 million d'années). Pendant ces 250 millionsd'années, les conditions physiques, climatiques et les reliefs qui régnaient sur le bassinont évolué, modifiant sans cesse la nature des dépôts de sédiments qui constituentaujourd'hui le sous sol aquitain. Le fait le plus notable est sans doute lié aux cycles destransgressions et des régressions marines qui déterminaient au m ê m e m o m e n t etselon les secteurs, des conditions de dépôt alternativement continentales, côtières ouocéaniques. D e manière schématique, le déplacement des lignes de côte a engendré àplusieurs reprises des couches horizontales d'argiles à huîtres à caractère de vasièreslittorales encadrées par des terrains alternativement continentaux et sableux, d'unepart, et calcaires et marins d'autre part. L'imperméabilité des formations littorales acontribué à individualiser des compartiments hydrauliques indépendants au sein decette pile sédimentaire.

| | Plu-Quotem«

| | | Miocène

OUgocif*

C M Eocint

Figure 5 : Coupe géologique schématique du département de ta Gironde - source SAGE- Nappes profondes en Gironde - Etat des lieux



2.1. SYNTHESE DES AQUIFERES PRESENTS

71 entités aquifères sont délimitées en Aquitaine. Elles con^espondent à :

42 systèmes aquifères libres, dont 12 systèmes alluviaux,10 systèmes aquifères captifs,16 domaines hydrogéologiques en ten'ains sédimentaires,3 domaines hydrogéologiques en terrains cristallins.

Rappelons qu'un système aquifère est défini comme: "un aquifère ou un ensembled'aquifères et de corps semi-perméables d'un seul tenant, dont toutes les partiessont en liaison hydraulique continue et qui est circonscrit par des limites faisantobstacle à toute propagation d'influence appréciable vers l'extérieur" (définitionproposée par Jean Margat en 1976 lors de la délimitation des aquifères du territoirefrançais). Le système aquifère peut donc être considéré comme une unité de gestionde l'eau qu'il renferme.

Un domaine hydrogéologique est un temtoire sans grand système individualisablemais renfemriant de petits aquifères discontinus pouvant présenter un intérêt local pourl'AEP ou, le plus souvent, pour l'imgation. Les systèmes alluviaux et les domaines sontde type "libre".

Codification :

Les systèmes aquifères et les domaines hydrogéologiques de l'Aquitaine sont codifiésde la façon suivante :

1xx : systèmes sédimentaires superficiels ou "libres" (à surface libre),2xx : systèmes profonds captifs,3xx : systèmes alluviaux,5xx : domaines hydrogéologiques en terrains sédimentaires,6xx : domaines hydrogéologiques en terrains cristallins.

Description et cartographie :

Les systèmes et domaines de la région Aquitaine sont décrits et cartographies dans ledocument BRGM "Atlas hydrogéologique de l'Aquitaine" (Annexe au rapportBRGM/RP-51175-FR - Novembre 2001).



2.1. SYNTHESE DES AQUIFERES PRESENTS

71 entités aquifères sont délimitées en Aquitaine. Elles con^espondent à :

42 systèmes aquifères libres, dont 12 systèmes alluviaux,10 systèmes aquifères captifs,16 domaines hydrogéologiques en ten'ains sédimentaires,3 domaines hydrogéologiques en terrains cristallins.

Rappelons qu'un système aquifère est défini comme: "un aquifère ou un ensembled'aquifères et de corps semi-perméables d'un seul tenant, dont toutes les partiessont en liaison hydraulique continue et qui est circonscrit par des limites faisantobstacle à toute propagation d'influence appréciable vers l'extérieur" (définitionproposée par Jean Margat en 1976 lors de la délimitation des aquifères du territoirefrançais). Le système aquifère peut donc être considéré comme une unité de gestionde l'eau qu'il renferme.

Un domaine hydrogéologique est un temtoire sans grand système individualisablemais renfemriant de petits aquifères discontinus pouvant présenter un intérêt local pourl'AEP ou, le plus souvent, pour l'imgation. Les systèmes alluviaux et les domaines sontde type "libre".

Codification :

Les systèmes aquifères et les domaines hydrogéologiques de l'Aquitaine sont codifiésde la façon suivante :

1xx : systèmes sédimentaires superficiels ou "libres" (à surface libre),2xx : systèmes profonds captifs,3xx : systèmes alluviaux,5xx : domaines hydrogéologiques en terrains sédimentaires,6xx : domaines hydrogéologiques en terrains cristallins.

Description et cartographie :

Les systèmes et domaines de la région Aquitaine sont décrits et cartographies dans ledocument BRGM "Atlas hydrogéologique de l'Aquitaine" (Annexe au rapportBRGM/RP-51175-FR - Novembre 2001).



3. La vulnérabilité des aquifères : rappels etméthodologie de cartographie

3.1. NOTIONS GENERALES DE VULNERABILITE

Avant de décrire la méthodologie de l'étude, il apparaît important de rappeler quelquesdéfinitions :

Le risque de pollution résulte du croisement d'un ou plusieurs aléas et d'un ou deplusieurs enjeux : R(isque) = A(léa) x E(njeux).

Un aléa suppose une approche probabiliste, il s'agit de l'application d'un stress,(une action polluante par exemple) sur un point, un axe ou un espace plus ou moinsvulnérable du milieu naturel au regard des eaux souterraines dans le cadre de cetteétude.

La vulnérabilité est représentée par la capacité donnée à l'eau située en surfacede rejoindre le milieu souten'ain saturé en eau, la cible étant ainsi la première napped'eau souterraine rencontrée. La notion de vulnérabilité repose sur l'idée que lemilieu physique en relation avec la nappe d'eau souterraine procure un degré plusou moins élevé de protection vis-à-vis des pollutions suivant les caractéristiques dece milieu.

Dans la littérature, on distingue deux types de vulnérabilité ; la vulnérabilitéintrinsèque et la vulnérabilité spécifique (Schnebelen et al., 2002) :

- la vulnérabilité intrinsèque est le terme utilisé pour représenter lescaractéristiques du milieu naturel qui détemiinent la sensibilité des eauxsouterraines à la pollution par les activités humaines ;

- la vulnérabilité spécifique est le terme utilisé pour définir la vulnérabilitéd'une eau souterraine à un polluant particulier ou à un groupe de polluants.Elle prend en compte les propriétés des polluants et leurs relations avec lesdivers composants de la vulnérabilité intrinsèque.

La distinction des deux types de vulnérabilité est nécessaire car, d'une façongénérale, elles ne se placent pas sur la même échelle d'investigation : lavulnérabilité intrinsèque peut être considérée comme invariante dans le temps (ànotre échelle de travail) alors que la vulnérabilité spécifique (directement liée auxpolluants éventuels) est évolutive et ne caractérise qu'un instant précis.

Les enjeux représentent la cible qui ne doit pas être atteinte par les effets du stresssur le milieu naturel.



3. La vulnérabilité des aquifères : rappels etméthodologie de cartographie

3.1. NOTIONS GENERALES DE VULNERABILITE

Avant de décrire la méthodologie de l'étude, il apparaît important de rappeler quelquesdéfinitions :

Le risque de pollution résulte du croisement d'un ou plusieurs aléas et d'un ou deplusieurs enjeux : R(isque) = A(léa) x E(njeux).

Un aléa suppose une approche probabiliste, il s'agit de l'application d'un stress,(une action polluante par exemple) sur un point, un axe ou un espace plus ou moinsvulnérable du milieu naturel au regard des eaux souterraines dans le cadre de cetteétude.

La vulnérabilité est représentée par la capacité donnée à l'eau située en surfacede rejoindre le milieu souten'ain saturé en eau, la cible étant ainsi la première napped'eau souterraine rencontrée. La notion de vulnérabilité repose sur l'idée que lemilieu physique en relation avec la nappe d'eau souterraine procure un degré plusou moins élevé de protection vis-à-vis des pollutions suivant les caractéristiques dece milieu.

Dans la littérature, on distingue deux types de vulnérabilité ; la vulnérabilitéintrinsèque et la vulnérabilité spécifique (Schnebelen et al., 2002) :

- la vulnérabilité intrinsèque est le terme utilisé pour représenter lescaractéristiques du milieu naturel qui détemiinent la sensibilité des eauxsouterraines à la pollution par les activités humaines ;

- la vulnérabilité spécifique est le terme utilisé pour définir la vulnérabilitéd'une eau souterraine à un polluant particulier ou à un groupe de polluants.Elle prend en compte les propriétés des polluants et leurs relations avec lesdivers composants de la vulnérabilité intrinsèque.

La distinction des deux types de vulnérabilité est nécessaire car, d'une façongénérale, elles ne se placent pas sur la même échelle d'investigation : lavulnérabilité intrinsèque peut être considérée comme invariante dans le temps (ànotre échelle de travail) alors que la vulnérabilité spécifique (directement liée auxpolluants éventuels) est évolutive et ne caractérise qu'un instant précis.

Les enjeux représentent la cible qui ne doit pas être atteinte par les effets du stresssur le milieu naturel.



La notion de risque est donc étroitement liée à la définition des enjeux. Par défaut,dans le cadre de cette étude, l'enjeu est représenté par l'eau souten'aine mobilisabledans les nappes phréatiques quel qu'en soit l'usage.

Le transfert des polluants dans le sol s'effectue d'abord à travers la zone nonsaturée (ZNS) avant d'atteindre la zone saturée.La ZNS est la zone du sous-sol comprise entre la surface du sol et la surface d'unenappe libre. A cet endroit, la quantité d'eau gravitaire est temporaire, en transit

Trois parties différenciées en fonction de leur teneur en eau la composent :

Une zone d'évapotranspiration quiest soumise à d'importantesvariations de la saturation en eau ;

Une zone de transition où la teneuren eau correspond à la capacité derétention du sol ;

La frange capillaire qui, en plus dela percolation per descensum(recharge) correspond à l'eau de la

nappe remontant par1 , eau de rétention ; 2, eau gravitaire ; 3, eau capillaire ; 4, surface piézométrique ounirface bbre ; S, surface de la nappe

ascension capillaire.

Figure 6 : Définition de la zone non saturée. (Hydrogéologie, G. Castany, 2000)

Les méthodes existantes de cartographie de la vulnérabilité des aquifères sontrappelées dans l'annexe 1.

3.2. CRITERES UTILISES

Dans le cadre de l'étude, c'est la vulnérabilité intrinsèque, telle que décrite ci-dessus, qui va être l'objet de la cartographie. Pour qualifier cette vulnérabilité uncertain nombre de critères sont disponibles, ils sont associés aux ensemblessouterrains dans lesquels ils interviennent et sont récapitulés dans le tableau 1.

20 BRGM/RP-5531 1-FR - Rapport final


La notion de risque est donc étroitement liée à la définition des enjeux. Par défaut,dans le cadre de cette étude, l'enjeu est représenté par l'eau souten'aine mobilisabledans les nappes phréatiques quel qu'en soit l'usage.

Le transfert des polluants dans le sol s'effectue d'abord à travers la zone nonsaturée (ZNS) avant d'atteindre la zone saturée.La ZNS est la zone du sous-sol comprise entre la surface du sol et la surface d'unenappe libre. A cet endroit, la quantité d'eau gravitaire est temporaire, en transit

Trois parties différenciées en fonction de leur teneur en eau la composent :

Une zone d'évapotranspiration quiest soumise à d'importantesvariations de la saturation en eau ;

Une zone de transition où la teneuren eau correspond à la capacité derétention du sol ;

La frange capillaire qui, en plus dela percolation per descensum(recharge) correspond à l'eau de la

nappe remontant par1 , eau de rétention ; 2, eau gravitaire ; 3, eau capillaire ; 4, surface piézométrique ounirface bbre ; S, surface de la nappe

ascension capillaire.

Figure 6 : Définition de la zone non saturée. (Hydrogéologie, G. Castany, 2000)

Les méthodes existantes de cartographie de la vulnérabilité des aquifères sontrappelées dans l'annexe 1.

3.2. CRITERES UTILISES

Dans le cadre de l'étude, c'est la vulnérabilité intrinsèque, telle que décrite ci-dessus, qui va être l'objet de la cartographie. Pour qualifier cette vulnérabilité uncertain nombre de critères sont disponibles, ils sont associés aux ensemblessouterrains dans lesquels ils interviennent et sont récapitulés dans le tableau 1.



VULNERABILITE INTRINSEQUE

Sol

Topograptiie(pente)

Pédologie{perméabilité verticale des sols,

nature et texture des sols)

Zone non saturée (ZNS)

Profondeur de la nappe libre ouépaisseur de la ZNSTemps de transfert

(perméabilité verticale)

Bilan hydrique (ruissellement et Infíltratlon efficace)

Stmcture de la ZNS(variation de faciès, épaisseur des

discontinuités de faciès, position dansle profil vertical, texture, teneur en

matière organique et argile)Présence ou non d'un horizon moins

perméable et position de celui-ci

Zone saturée

Type de nappe(libre ou captive)

Temps de résidence(dépend de l'tiydrodynamisme

des formations aquifères)Relation eaux souterraines/eaux

superficiellesPiézométrie

(sens et direction d'écoulementet évolutions selon la période du

cycle fiydrologlque)

Epaisseur de l'aquifère(quantité de réserve)

La recharge(rectiarge annuelle nette).

Type de systèmehydrogéologique

(caractères plus ou moinscapacitif et transmissif)

Battement de nappeFracturation (directions et densité)

Tableau 1 : Critères de vulnérabilité

L'exploitation de ces critères est souvent normalisée au travers de différentesméthodologies d'analyse de la vulnérabilité des eaux.

3.3. METHODE D'ANALYSE SIMPLIFIEE DE LA VULNERABILITE DESEAUX

De nombreuses méthodes de détermination de la vulnérabilité des eaux souterrainesont été développées dans le monde, allant des plus complexes avec des modèlesprenant en compte les processus physiques, chimiques et biologiques dans la zonenoyée, à des méthodes de pondération entre différents critères affectant la vulnérabilité(Gogu et Dassargues, 1998 b).

Ces différentes méthodes sont décrites en annexe 1. Parmi celles-ci les méthodesdites « de cartographie à index avec pondération des critères » (Point CountSystems Models, PCSM) apparaissent les plus pertinentes vis-à-vis des réalités deten-ain. Ce sont aussi les plus reconnues et utilisées à l'heure actuelle (Gogu etDassargues 2000 ; Zaporozec et Vriaa 1994). La majorité de ces méthodes exploite uncritère relatif à la morphologie du temtoire étudié :

BRGM/RP-5531 1-FR - Rapport final 21


VULNERABILITE INTRINSEQUE

Sol

Topograptiie(pente)

Pédologie{perméabilité verticale des sols,

nature et texture des sols)

Zone non saturée (ZNS)

Profondeur de la nappe libre ouépaisseur de la ZNSTemps de transfert

(perméabilité verticale)

Bilan hydrique (ruissellement et Infíltratlon efficace)

Stmcture de la ZNS(variation de faciès, épaisseur des

discontinuités de faciès, position dansle profil vertical, texture, teneur en

matière organique et argile)Présence ou non d'un horizon moins

perméable et position de celui-ci

Zone saturée

Type de nappe(libre ou captive)

Temps de résidence(dépend de l'tiydrodynamisme

des formations aquifères)Relation eaux souterraines/eaux

superficiellesPiézométrie

(sens et direction d'écoulementet évolutions selon la période du

cycle fiydrologlque)

Epaisseur de l'aquifère(quantité de réserve)

La recharge(rectiarge annuelle nette).

Type de systèmehydrogéologique

(caractères plus ou moinscapacitif et transmissif)

Battement de nappeFracturation (directions et densité)

Tableau 1 : Critères de vulnérabilité

L'exploitation de ces critères est souvent normalisée au travers de différentesméthodologies d'analyse de la vulnérabilité des eaux.

3.3. METHODE D'ANALYSE SIMPLIFIEE DE LA VULNERABILITE DESEAUX

De nombreuses méthodes de détermination de la vulnérabilité des eaux souterrainesont été développées dans le monde, allant des plus complexes avec des modèlesprenant en compte les processus physiques, chimiques et biologiques dans la zonenoyée, à des méthodes de pondération entre différents critères affectant la vulnérabilité(Gogu et Dassargues, 1998 b).

Ces différentes méthodes sont décrites en annexe 1. Parmi celles-ci les méthodesdites « de cartographie à index avec pondération des critères » (Point CountSystems Models, PCSM) apparaissent les plus pertinentes vis-à-vis des réalités deten-ain. Ce sont aussi les plus reconnues et utilisées à l'heure actuelle (Gogu etDassargues 2000 ; Zaporozec et Vriaa 1994). La majorité de ces méthodes exploite uncritère relatif à la morphologie du temtoire étudié :



soit la pente prise en compte directement au travers de sa valeur absolue,soit la pente par un facteur indirect, reprenant la densité de drainage desréseaux hydrologiques de surface.

Au-delà du facteur pente, la nature des couvertures en place au-dessus des aquifères(leur capacité à laisser transiter les polluants) et l'épaisseur des ten'ains non saturéssont les critères prépondérants utilisés par différentes méthodes d'analyse devulnérabilité.

Compte tenu de ces méthodologies et des retours d'expérience qui leurs sontassociés, il a été décidé que la carte de vulnérabilité simplifiée des eauxsouterraines de la région Aquitaine présentée dans cette étude utilisera deuxcritères :

L'épaisseur de la zone non saturée : déduite de l'approche régionale desniveaux d'eau souterraine comparée au modèle numérique de terrain au pas de50 m.L'indice de développement et de persistance des réseaux qui tend à unifieret simplifier l'approche géomorphologique relative à la nature des fonnations decouverture des premières nappes rencontrées. Il permet une analyse régionalesimplifiée de la vulnérabilité des eaux qui en l'absence de données précise dumilieu saturé, s'applique aux nappes dites phréatiques. Cet indice est détailléau chapitre 5.

3.4. DONNEES DE BASE UTILISEES DANS LE CADRE DE L'ETUDE

Les principales données utilisées pour cette étude seront les suivantes :

Carte géologique à l'échelle du 1/1 000 000,Données de la BSS (données piézométriques),MNT (altitude du sol au pas de 50 m de l'IGN),Tracé des cours d'eau et zones hydrologiques de la BD Carthage,Limites des entités hydrogéologiques du référentiel national BDRHF VI,Les contours des masses d'eau souterraine.



soit la pente prise en compte directement au travers de sa valeur absolue,soit la pente par un facteur indirect, reprenant la densité de drainage desréseaux hydrologiques de surface.

Au-delà du facteur pente, la nature des couvertures en place au-dessus des aquifères(leur capacité à laisser transiter les polluants) et l'épaisseur des ten'ains non saturéssont les critères prépondérants utilisés par différentes méthodes d'analyse devulnérabilité.

Compte tenu de ces méthodologies et des retours d'expérience qui leurs sontassociés, il a été décidé que la carte de vulnérabilité simplifiée des eauxsouterraines de la région Aquitaine présentée dans cette étude utilisera deuxcritères :

L'épaisseur de la zone non saturée : déduite de l'approche régionale desniveaux d'eau souterraine comparée au modèle numérique de terrain au pas de50 m.L'indice de développement et de persistance des réseaux qui tend à unifieret simplifier l'approche géomorphologique relative à la nature des fonnations decouverture des premières nappes rencontrées. Il permet une analyse régionalesimplifiée de la vulnérabilité des eaux qui en l'absence de données précise dumilieu saturé, s'applique aux nappes dites phréatiques. Cet indice est détailléau chapitre 5.

3.4. DONNEES DE BASE UTILISEES DANS LE CADRE DE L'ETUDE

Les principales données utilisées pour cette étude seront les suivantes :

Carte géologique à l'échelle du 1/1 000 000,Données de la BSS (données piézométriques),MNT (altitude du sol au pas de 50 m de l'IGN),Tracé des cours d'eau et zones hydrologiques de la BD Carthage,Limites des entités hydrogéologiques du référentiel national BDRHF VI,Les contours des masses d'eau souterraine.



4. Détermination de l'épaisseur de la zone nonsaturée

Pour l'étude de la vulnérabilité, il est nécessaire de détenniner l'épaisseur de la zonenon saturée, qui joue un rôle primordial dans la qualification de la capacité d'unaquifère à être affecté par l'infiltration d'un polluant.

Ce calcul de l'épaisseur de la zone non saturée va s'effectuer en plusieurs étapes :

1. Réaliser, sur l'ensemble du temtoire d'étude, une carte des niveaux moyensdes eaux souterraines (remarque : le terme de « piézométrie » ne peut êtreretenu car l'interpolation des niveaux d'eau est effectuée sur la totalité dutenitoire d'étude et sans distinction des nappes existantes).

2. Déduction de l'épaisseur de la zone non saturée à partir de la différence entreles niveaux d'eau moyens et la topographie (déduite du modèle numérique deten^ain).

Les différentes méthodes d'interpolation utilisables sont rappelées en annexe 2.

4.1. CARTOGRAPHIE DES NIVEAUX D'EAU MOYENS

En domaine sédimentaire, pour obtenir une carte des niveaux d'eau moyens, une basede données spécifique a été créée. Elle contient l'ensemble des points d'eau décritsdans la Banque de données du Sous-Sol (BSS) et pour lesquels ont été définis desniveaux d'eau statiques lors de la réalisation des ouvrages.

Ces points, majoritairement présents en domaine sédimentaire sont accompagnés dequelques ouvrages en domaine de socle.

Pour palier à ce faible volume d'information, la méthodologie d'estimation des niveauxmoyens de la nappe des altérites, décrite au chapitre précédent, a été appliquée àl'ensemble du domaine du socle. Ce choix méthodologique correspond à uneapproximation manifeste de la complexité des systèmes aquifères réellement en place.L'objectif de cette analyse de vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines à pour ciblela première nappe rencontrée, quels que soient les enjeux qui puissent y être associés,en ce sens, la vulnérabilité recherchée sera celle de la nappe sise dans les formationsd'altération du socle.



4. Détermination de l'épaisseur de la zone nonsaturée

Pour l'étude de la vulnérabilité, il est nécessaire de détenniner l'épaisseur de la zonenon saturée, qui joue un rôle primordial dans la qualification de la capacité d'unaquifère à être affecté par l'infiltration d'un polluant.

Ce calcul de l'épaisseur de la zone non saturée va s'effectuer en plusieurs étapes :

1. Réaliser, sur l'ensemble du temtoire d'étude, une carte des niveaux moyensdes eaux souterraines (remarque : le terme de « piézométrie » ne peut êtreretenu car l'interpolation des niveaux d'eau est effectuée sur la totalité dutenitoire d'étude et sans distinction des nappes existantes).

2. Déduction de l'épaisseur de la zone non saturée à partir de la différence entreles niveaux d'eau moyens et la topographie (déduite du modèle numérique deten^ain).

Les différentes méthodes d'interpolation utilisables sont rappelées en annexe 2.

4.1. CARTOGRAPHIE DES NIVEAUX D'EAU MOYENS

En domaine sédimentaire, pour obtenir une carte des niveaux d'eau moyens, une basede données spécifique a été créée. Elle contient l'ensemble des points d'eau décritsdans la Banque de données du Sous-Sol (BSS) et pour lesquels ont été définis desniveaux d'eau statiques lors de la réalisation des ouvrages.

Ces points, majoritairement présents en domaine sédimentaire sont accompagnés dequelques ouvrages en domaine de socle.

Pour palier à ce faible volume d'information, la méthodologie d'estimation des niveauxmoyens de la nappe des altérites, décrite au chapitre précédent, a été appliquée àl'ensemble du domaine du socle. Ce choix méthodologique correspond à uneapproximation manifeste de la complexité des systèmes aquifères réellement en place.L'objectif de cette analyse de vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines à pour ciblela première nappe rencontrée, quels que soient les enjeux qui puissent y être associés,en ce sens, la vulnérabilité recherchée sera celle de la nappe sise dans les formationsd'altération du socle.


Carte d e vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine.

4.1.1. Données initiales

X " N , %»

"\J

•

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i»V . 9 ^ V*

2362 points en domaine aluvial• 4488 points en domaine sédimentaire• 510 points en domaine imperméable localement aquîfère• 159 points en domaine intensément plissé• 30 points en domaine de socle

Figure 7 : Points d'eau de la banque de données du sous-sol (BSS)



«7549 points d'eau statiques» sont extraits de la banque de données du sous-sol. Ilspossèdent en général une seule valeur de profondeur d'eau établie à la dated'exécution de l'ouvrage. Il s'agit de forages, puits et sondages. La distribution spatialede ces points présente une forte hétérogénéité liée à la nature des formationsgéologiques.

A partir de cet ensemble d'informations et afin de restreindre le champ d'investigationaux premiers aquifères rencontrés, un filtrage des données est effectué :

• Exclusion des points décrivant un niveau d'eau statique à une profondeurexcédant 90 mètres ;

• Exclusion des points décrivant des phénomènes d'artésianisme quicorrespondent à des nappes captives.

4.1.2. Densificaron du semis de points

La densificaron du semis de point a été effectuée pour le domaine sédimentaireuniquement. La densificaron du semis de point a pour objectif de limiter les effetsd'une interpolation automatique des valeurs piézométriques dans des zones de faibledensité d'information. Elle est fondée sur l'hypothèse d'un comportementhydrogéologique homogène au sein d'unités fonctionnelles. Celles-ci résultent del'intersection de couches d'informations géographiques relatives aux masses d'eausouterraines, aux entités hydrogéologiques (EH), aux formations sédimentaires issuesde la carte géologique (stratigraphie) et aux bassins versants hydrologiques issus de \aB D Carthage, (nb : en domaine de socle, la subdivision des unités fonctionnelles selonles bassins versants n'a pas été réalisée car essentiellement redondante avec lessubdivisions induites par les limites de masses d'eau).

ifrittyriphii

Figure 8 : Intersection des couches d'informations constituant les unités fonctionnelles



Les unités fonctionnelles représentent approximativement 12180 polygones sur leterritoire d'étude pour une surface moyenne de 375 ha. A des fins de densificaron, lesunités fonctionnelles sont subdivisées par sections altimétriques au pas de 2,5 mètres.Chaque surface élémentaire est décrite par les points d'eau statiques qu'elle contient.A u sein de chacune de ces surfaces d'altitude homogène , la profondeur moyenne estcalculée lorsque sont contenus au moins 5 points de niveau statique. Par la suite,seuls les points dont la mesure de niveau est de l'ordre de la moyenne obtenue (plusou moins la demi-valeur du pas d'analyse altimétrique = 1.25 m ) seront conservés pourrecalculer une valeur de profondeur m o y e n n e (toujours sous condition de la présenced'au moins 5 points de niveau statique).

Figure 9 : Unités fonctionnelles de la région Aquitaine

A u sein de chaque unité spatiale, une matrice de points est ensuite générée au pas de100 mètres, elle hérite de la valeur altimétrique du modèle numérique de terrain àlaquelle est soustraite la profondeur moyenne décrite ci-dessus. Cette matrice estajoutée aux points existants.

Cette opération est ensuite recomposée pour des sections altimétriques au pas de 5mètres. La densification a permis d'accroître de 12 % le nombre de points du semisinitial, en portant le nombre total de points d'estimation de la piézométrie à 9611 pointsdont

- 7549 points issus de B S S ,- 2062 points de densification.



i^-^ij^mà^; v • ? • ; / * * . •'•"••••;<tfs

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2362 points en domaine alluvial4468 points en domaine sedimentare510 points en domaine Imperméable localement aqulfère159 points en domaine htensérnent plissé30 points en domaine de socte

densification

rFigure 10 : Densification des points d'eau

4.1.3. Interpolation et cartographie des niveaux d'eau m o y e n s

Le semis de points obtenus précédemment a été interpolé afin d'obtenir unediscrétisation à l'échelle de la région de l'épaisseur m o y e n n e des terrains nonsaturés. Le but de l'interpolation est d'obtenir un maillage régulier de valeurs à partir dedonnées échantillonnées selon un plan aléatoire. Il existe deux approches, l'unedéterministe, l'autre probabiliste. C e s deux méthodes d'interpolation mathématique ontété utilisées afin de calculer, à partir du semis de points, l'altitude de la surface



moyenne des eaux souterraines sur le territoire régional. Compte tenu du nombre depoints obtenus après densification du semis initial, de la densité d'information présenteau k m 2 à l'échelle de cette étude, l'approche probabiliste fournit un résultat similaire àl'approche déterministe. Par souci d'optimisation des vitesses de calcul, la méthoderetenue pour déterminer la carte des niveaux d'eau moyens est celle de typedéterministe (méthode dite « inverse des moindres carrés »).

4.2. CALCUL ET CARTOGRAPHIE DE L'EPAISSEUR DE LA ZONE NON-SATUREE

L'épaisseur de la Z N S est calculée à partir du niveau d'eau m o y e n obtenuprécédemment et du modèle numérique de terrain (différence entre la cote altimétriqueet le niveau d'eau). La figure ci-après présente la cartographie ainsi obtenue del'épaisseur de la Z N S rapportée aux polygones élémentaires calculés pour les unitésfonctionnelles.

Figure 11 : Carte de l'épaisseur moyenne de la zone non saturée pour la région aquitaine



L'épaisseur de la Z N S calculée précédemment est rapportée aux entités du référentielhydrogéologique de version 1 ( B D R H F v1) afin d'être comparé à l'extension spatialedes systèmes hydrogéologiques.

Entités B D R H F V1 Masses d'eau

Figure 12 : Carte de l'épaisseur moyenne de la zone non saturée par masses d'eau et parentités BDRHF V1

Les écarts entre l'épaisseurmoyenne des terrains saturésobtenus dans le cas del'approche par unités fonction-nelles ou selon l'approche parentités géologiques et grandsdomaines aquifères sontimportants et notamment dans lapartie sud du territoire étudié enraison de l'absenced'informations(cf. carte des points d'eau)


Carte d e vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines d e la région Aquitaine.

Pour essayer de qualifier cet écart, la comparaison de ces deux cartes a été faite afind'estimer dans quelle mesure l'estimation de l'épaisseur des terrains non saturéspouvait être ajustée aux connaissances des experts.

écart inférieur à 5 mètresEcart compris entre 5 et lu mètresEcart supérieur à 10 m

Figure 13 : Localisation des écarts observés pour la ZNS selon la méthoded'aggrégation des résultats de l'interpolation

Les écarts les plus importants apparaissent dans le sud de la région, dans la zonepyrénéennes et dans une moindre mesure en partie nord est (masses d'eau 5092 et5040, figures ci-après).

30 B R G M / R P - 5 5 3 1 1 - F R - Rapport final


En partie nord les deux masses d'eau concernée sont :

brgm"* B 2

aiH C

rrmHt«*»'i»^iii

Mass« d'eau souterrain« 5092Code européen : FR5092

Calcaires du sommet du crétacé supérieur au Périgord

Type : Dominante ¡«chmmtairt

SurfMthm1

221S

Bassin derattachement F t. ' M U

Affltmrta2215

1 J-rtj .yjril ina-rira

Saut eouvHkn

inci

Eco-Remon IEU) | 13

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Type (fecoutemenl ; Libre ei captif associe* partie

Caract*nsbquH Kantquc

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Intrusion sahre

N

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Entités drifomtes

N

Figure 14 : Masse d'eau n* 5092



Les deux figures suivantes illustrent le fonctionnement de deux piézomètres situésdans cette masse d'eau.

hrnST" Cod« du point. 08071X0Û267FDnjm Nombre de mesures : « 7

Alrtodu Su pom! 118 m

Cole mmmâle oti«rtv<«

Cole moyeofve otiiorvoe

Culs mammal« ob*«fYW

H M if MU vm c*n

1579

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1 prof(prol

1 prol

24 4928 7

30 11

m)m)m)

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Figure 15 : Fiche piézométrique du point 08071X0028IF

• h r n m " C o < f e d u P 0 ' " ' 07827X0006/FD r B m Nombre d* mesure» 920

MUtuO» 9u pon) 201 m

C o » mimmale observée 176 13

Col» m o y w m s otssrt** 1 ' 0 M

C o » m o u mêle obswvèe 178

<fwu WEO

LWt * •> «••» H CO*>M «• • O n ™

m I pro! 23 09 m )

m ( (tfol 2S 3 m )

m I MOI 25 7C m )

F/gure 16 : Piézomètre 07827X00Ö6IF


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine,

• b r g m

H C

Es*— ""

Mass« d'»au souterrain» 5040Code européen : FR5040

Calcaires des Catases Ai Quary BVCorrêze-Vèzèn

Typt Dominant» smümmtairm

• •

rota»

Bnskiderattachement F

Affairants Sou« coMikm12

Eeo-Reoon (EU) \ 13Trans-bOTWi : N Trara-fronbere. H

Type (fècoiemert l <bre ei captif associés part«

Caracténstiques Kanbqu«

-

InbuMKi M û r «

N

En«*» dbfort«

N

Figure 17 : Calcaire des Causses du Quercy : Masse d'eau 5040

C e s deux m a s s e s d'eau sont de type karstique, a fortiori vulnérables, nous verronsdans la suite de l'étude que le critère prépondérant d'estimation de la vulnérabilité estdans ce cas l'Indice IDPR. L'épaisseur des terrains non saturés est repartie en classesd'amplitude telles qu'un écart de d'au plus dix mètres n'est pas discriminant. Cet écartinduit par l'approche simplifiée de l'épaisseur des terrains non saturé, sera sans impactsur le résultat du calcul final de la vulnérabilité intrinsèque simplifiée.

BRGM/RP-55311 -FR - Rapport final 33


En partie sud, les masses d'eau concernée sont :

• brgm Masse d'eau souterraine 5052Code européen : F R 5052

Terrains plissés BVNive, Nivelle, Bidouze secteurs hydroqS, q9, s5 (~qi et s4 marginal)

Type. Intensément plisse

S o * » * *TotMm

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Baesmde Irattachement |

E C O - R C Q W I (EUl | 13

Trara-basun : ".

20W (nci

Trans-frontwrd rjType <fè«x*ement L bre seuf

wcondair*« ¥

htrution uün« EnitM dntonlM

y

'«f\

Figure 18 : Masse d'eau 5052



®brgm~" Masse d'eau souterraine 5051Code européen ; FR5051

Terrains plissés du BV des gaves secteurs hydro q4, q5,q6, ql

Type : Intensem

Surfet» km*

mtpl

Bassin derattachement

Eco-Reaton (EU)

SI«

route T4322 1

F L 43ULÍ

-ri =CJ1

13 \ *.,-r-. *

3G23

« âflr inr j« Oaracçrt 4

JUS oouvtrture

Tran»-l>a38<r : H Tranfl-lrorroère i.

Type dfecouiement I ibre sfH«

Caracténsbques**condaires

K»nkqu« Infusion Mlin*

N

E n M M disjoint«*

y

Figure 19 : Masse d'eau 5051



# h — - - - C o d e du point: 10024X4001/GTD I U m Nombre de mesures : 4892

Altitud» dJ point 70 30 m

Cola minimale observée 22 66

Cot« moysnn« observé« 65 5

Cota maximale observée 77 69

klxtc orea. S051Q5

m ( prof -5 89

m ( prof 6 49

m ( prof 49 34

«

I"1 *°!M: » •

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iondl» m ompw tour»

Figure 20 : piézomètre indus dans la masse d'eau 5051

C e s deux masses d'eau sont a nouveau de type karstique, a fortiori vulnérables et lecritère Z N S est peu influent. La sous estimation de l'épaisseur des terrains non saturésconduira à une approche à priori pessimiste qui sera probablement masquée par lecaractère karstique et sa vulnérabilité liée en priorité à sa forte perméabilité tel que vale montrer l'indice IDPR.



5. Cartographie de l'indice de développement etpersistance des réseaux (IDPR)

5.1. GEOLOGIE ET RIVIERES

La recherche d'éventuelles con'élations entre la forme du réseau hydrographique et lesfonnations géologiques a suscité un grand nombre de travaux. L'hypothèse principalequi les sous tend suppose que les réseaux hydrographiques conservent, dans leursformes, la signature des phénomènes endogènes (Deffontaines (B.)) ou exogènes.

Pmd'homme Robert^ est l'un des précurseurs français en matière d'analyse desréseaux hydrographiques. Dans sa thèse, il montre l'intérêt de ces types d'analysepour les études géologiques, car : "les caractères du réseau hydrographique sontextrêmement dépendants au cours de leur évolution de l'état du bassin versant', etajoute : "les trois paramètres dont les variations nous semblent les plus importantesdans l'étude des réseaux hydrographiques sont la topographie, les structuresgéologiques et la composition lithologique du sous-sol". Prud'homme Robertexpérimente donc l'analyse cartographique des réseaux hydrographiques et donne uncertain nombre de corrélations très pertinentes. Kim Woo-Gwan^, poursuit les travauxde Prud'homme et consacre à l'analyse des réseaux hydrographiques une grandepartie de son travail.

Deffontaines^ établit des corrélations et insiste sur l'intérêt du réseau hydrographiquepour une approche morphostructurale : "Le réseau hydrographique est principalementmodifié par la lithologie et la fracturation".

Riazanoff^ propose des méthodes automatiques d'extraction et d'analyse de réseauxhydrographiques, en faisant apparaître quelques corrélations qui ouvrent les portes àune analyse automatisée et informatique du réseau hydrographique.

Enfin, très récemment, Delcaillau® étudie la morphométrie des principaux bassinsversants de Taiwan à l'aide des réseaux hydrographiques, pour approchergéomorphologiquement la genèse de cette île en cours de formation.

' Prud'homme (R.) (1972), Analyse moqDhostnjcturale appliquée en Aquitaine occidentale et au golfe de Gascogne -Définition d'une méthodologie cartograptiique interprétative. Thèse, Université Bordeaux 1, 364 pages, 1972.' Kim (W.G.) (1978), Analyse cartograptiique du t)assin de Nal<-Dong (Corée), Thèse, Université Bordeaux 1, 95 pages,1978.* Deffontaines (B.) (1990), Développement d'une méthodologie morphonéotectonique - Analyse des surfacesenveloppes du réseau hydrographique et des MNT, Thèse, Université Paris VI, 225 pages, 1 990.' Razianoff (S.) (1989), Extraction et analyse automatique des réseaux à panir de MNT, Thèse, Université Paris VII, 89pges, 1989.

Delcaillau (B.) (1997), Les fronts de chaîne active - Genèse des reliefs et relations tectonique -érosion-sédimentation.Thèse, Université de Caen, 300 pages, 1997.



5. Cartographie de l'indice de développement etpersistance des réseaux (IDPR)

5.1. GEOLOGIE ET RIVIERES

La recherche d'éventuelles con'élations entre la forme du réseau hydrographique et lesfonnations géologiques a suscité un grand nombre de travaux. L'hypothèse principalequi les sous tend suppose que les réseaux hydrographiques conservent, dans leursformes, la signature des phénomènes endogènes (Deffontaines (B.)) ou exogènes.

Pmd'homme Robert^ est l'un des précurseurs français en matière d'analyse desréseaux hydrographiques. Dans sa thèse, il montre l'intérêt de ces types d'analysepour les études géologiques, car : "les caractères du réseau hydrographique sontextrêmement dépendants au cours de leur évolution de l'état du bassin versant', etajoute : "les trois paramètres dont les variations nous semblent les plus importantesdans l'étude des réseaux hydrographiques sont la topographie, les structuresgéologiques et la composition lithologique du sous-sol". Prud'homme Robertexpérimente donc l'analyse cartographique des réseaux hydrographiques et donne uncertain nombre de corrélations très pertinentes. Kim Woo-Gwan^, poursuit les travauxde Prud'homme et consacre à l'analyse des réseaux hydrographiques une grandepartie de son travail.

Deffontaines^ établit des corrélations et insiste sur l'intérêt du réseau hydrographiquepour une approche morphostructurale : "Le réseau hydrographique est principalementmodifié par la lithologie et la fracturation".

Riazanoff^ propose des méthodes automatiques d'extraction et d'analyse de réseauxhydrographiques, en faisant apparaître quelques corrélations qui ouvrent les portes àune analyse automatisée et informatique du réseau hydrographique.

Enfin, très récemment, Delcaillau® étudie la morphométrie des principaux bassinsversants de Taiwan à l'aide des réseaux hydrographiques, pour approchergéomorphologiquement la genèse de cette île en cours de formation.

' Prud'homme (R.) (1972), Analyse moqDhostnjcturale appliquée en Aquitaine occidentale et au golfe de Gascogne -Définition d'une méthodologie cartograptiique interprétative. Thèse, Université Bordeaux 1, 364 pages, 1972.' Kim (W.G.) (1978), Analyse cartograptiique du t)assin de Nal<-Dong (Corée), Thèse, Université Bordeaux 1, 95 pages,1978.* Deffontaines (B.) (1990), Développement d'une méthodologie morphonéotectonique - Analyse des surfacesenveloppes du réseau hydrographique et des MNT, Thèse, Université Paris VI, 225 pages, 1 990.' Razianoff (S.) (1989), Extraction et analyse automatique des réseaux à panir de MNT, Thèse, Université Paris VII, 89pges, 1989.

Delcaillau (B.) (1997), Les fronts de chaîne active - Genèse des reliefs et relations tectonique -érosion-sédimentation.Thèse, Université de Caen, 300 pages, 1997.


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souteraines de la région Aquitaine.

Les travaux de ces différents auteurs montrent que le tracé du réseau hydrographiquerésulte d'interactions complexes. Si l'eau par nature est incompressible et s'écoule parle chemin le plus court du point haut (sommet, crête,..) au point bas (mer, lac,fleuve...), durant son parcours, les conditions de son cheminement influent sur sontracé.

Parmi ces facteurs, les causes d'origines uniquement géologiques sont nombreuses etpeuvent se décomposer de la manière suivante :

La lithologieLa lithologie est l'étude de la nature des roches issues d'une formation géologique. Lanature des roches intervient dans les modifications du relief.

- la nature physique : épaisseur, dureté, compétence, perméabilité, porosité.- la nature chimique : sensibilité à la dissolution, qualité des eaux interstitielles,

phénomènes de cristallisation ou de diagenèse.En fonction de la lithologie, le comportement du réseau et son organisation vont êtredifférents.

La structureLa géologie stmcturale (ou tectonique régionale) s'attache à l'étude des déformationsdes roches. Elle s'intéresse à l'agencement originel des roches, incluant les pendages.Les alternances géologiques, les discordances, les déformations en cours ouphénomènes néotectoniques affectent la lithosphère et modifient la topographie etfaçonnent considérablement le réseau hydrographique.

D'autres facteurs interviennent et sont la résultante d'une combinaison de contraintesde nature diverse. Leur importance diffère selon l'échelle à laquelle on observe leréseau hydrographique.

La pente régionaleLa pente régionale est définie par un sens, une direction puis une inclinaison. La penteest un élément déterminant dans l'orientation et l'organisation des cours d'eau.

Le rajeunissementLe rajeunissement est le début d'un nouveau cycle d'érosion. Il y a alors une reprise del'érosion sur un relief pénéplané ou aplani, par abaissement du niveau aval des coursd'eau ou par sun'ection du niveau amont Le déclenchement d'un tel phénomène a lieulors d'une augmentation de la pente longitudinale du cours d'eau qui accroît sadynamique et rompt son profil d'équilibre.

L'eustatisme est le phénomène responsable des variations générales du niveau moyendes mers. De telles variations agissent sur le potentiel érosif d'un cours d'eau et doncsur sa morphologie. Ainsi, l'eustatisme est l'une des causes du rajeunissement.


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souteraines de la région Aquitaine.

Les travaux de ces différents auteurs montrent que le tracé du réseau hydrographiquerésulte d'interactions complexes. Si l'eau par nature est incompressible et s'écoule parle chemin le plus court du point haut (sommet, crête,..) au point bas (mer, lac,fleuve...), durant son parcours, les conditions de son cheminement influent sur sontracé.

Parmi ces facteurs, les causes d'origines uniquement géologiques sont nombreuses etpeuvent se décomposer de la manière suivante :

La lithologieLa lithologie est l'étude de la nature des roches issues d'une formation géologique. Lanature des roches intervient dans les modifications du relief.

- la nature physique : épaisseur, dureté, compétence, perméabilité, porosité.- la nature chimique : sensibilité à la dissolution, qualité des eaux interstitielles,

phénomènes de cristallisation ou de diagenèse.En fonction de la lithologie, le comportement du réseau et son organisation vont êtredifférents.

La structureLa géologie stmcturale (ou tectonique régionale) s'attache à l'étude des déformationsdes roches. Elle s'intéresse à l'agencement originel des roches, incluant les pendages.Les alternances géologiques, les discordances, les déformations en cours ouphénomènes néotectoniques affectent la lithosphère et modifient la topographie etfaçonnent considérablement le réseau hydrographique.

D'autres facteurs interviennent et sont la résultante d'une combinaison de contraintesde nature diverse. Leur importance diffère selon l'échelle à laquelle on observe leréseau hydrographique.

La pente régionaleLa pente régionale est définie par un sens, une direction puis une inclinaison. La penteest un élément déterminant dans l'orientation et l'organisation des cours d'eau.

Le rajeunissementLe rajeunissement est le début d'un nouveau cycle d'érosion. Il y a alors une reprise del'érosion sur un relief pénéplané ou aplani, par abaissement du niveau aval des coursd'eau ou par sun'ection du niveau amont Le déclenchement d'un tel phénomène a lieulors d'une augmentation de la pente longitudinale du cours d'eau qui accroît sadynamique et rompt son profil d'équilibre.

L'eustatisme est le phénomène responsable des variations générales du niveau moyendes mers. De telles variations agissent sur le potentiel érosif d'un cours d'eau et doncsur sa morphologie. Ainsi, l'eustatisme est l'une des causes du rajeunissement.



5.2. DEFINITION DE L'IDPR (INDICE DE DEVELOPPEMENT ETPERSISTANCE DES RESEAUX)

L'idée qui sous tend I'IDPR découle des observations suivantes, l'organisation duréseau hydrographique est dépendante des formations géologiques qui lesupportent.

Dans l'hypothèse d'un milieu parfaitement homogène, seule la pente et la morphologiedes reliefs guident la mise en place des cours d'eau. Or dans le milieu naturel, commenous venons de le voir ci-dessus, les structures géologiques et la compositionlithologique du sous-sol ont une influence significative sur l'établissement des réseauxhydrographiques.

En effet, la nature des surfaces des bassins a un rôle primordial sur le comportementhydrologique de ceux-ci. Les paramètres qui interviennent sont la lithologie, lapédologie et la couverture végétale. Ces paramètres influencent grandement laperméabilité et la mgosité de la surface, qui conditionnent à leur tour la vitesse duruissellement et le rapport de l'écoulement sur l'infiltration, appelé aussi coefficientd'écoulement.

La densité de drainage est donc un indicateur révélateur des propriétés desformations géologiques. Un bassin formé de matériaux très pemnéables aura engénéral une densité de drainage faible. A l'inverse, un bassin formé de rochesimperméables mais meubles et érodables, comme des marnes ou des argiles, vasouvent présenter une densité de drainage élevée.

L'IDPR devient ainsi le moyen de quantifier ce rôle en comparant un réseau théoriqueétabli selon l'hypothèse d'un milieu parfaitement homogène {indice de développementID), au réseau naturel mis en place sous le contrôle d'un contexte géologiquehétérogène {de persistance des réseaux P/?). L'indice de développement et depersistance des réseaux présente une métrologie de l'écart constaté entre les deuxréseaux.

5.3. COUCHES D'INFORMATIONS UTILISEES

Le réseau hydrologique naturel, utilisé dans la démarche de calcul de I'IDPRprovient des données de la BD CARTHAGE IGN©. Les arcs décrits dans la couched'Infonnation HYA99 et les plans d'eau ou zones larges des cours d'eau de cette basede données cartographiques décrivent la géométrie des axes hydrographiques.

Les attributs exploités pour l'analyse de I'IDPR sont : Vétat des axes0 Inconnu;1 Ecoulement permanent;2 Ecoulement intemaittent;3 Axe fictif (créé pour assurer la continuité des cours d'eau);4 Canal abandonné, à sec;



5.2. DEFINITION DE L'IDPR (INDICE DE DEVELOPPEMENT ETPERSISTANCE DES RESEAUX)

L'idée qui sous tend I'IDPR découle des observations suivantes, l'organisation duréseau hydrographique est dépendante des formations géologiques qui lesupportent.

Dans l'hypothèse d'un milieu parfaitement homogène, seule la pente et la morphologiedes reliefs guident la mise en place des cours d'eau. Or dans le milieu naturel, commenous venons de le voir ci-dessus, les structures géologiques et la compositionlithologique du sous-sol ont une influence significative sur l'établissement des réseauxhydrographiques.

En effet, la nature des surfaces des bassins a un rôle primordial sur le comportementhydrologique de ceux-ci. Les paramètres qui interviennent sont la lithologie, lapédologie et la couverture végétale. Ces paramètres influencent grandement laperméabilité et la mgosité de la surface, qui conditionnent à leur tour la vitesse duruissellement et le rapport de l'écoulement sur l'infiltration, appelé aussi coefficientd'écoulement.

La densité de drainage est donc un indicateur révélateur des propriétés desformations géologiques. Un bassin formé de matériaux très pemnéables aura engénéral une densité de drainage faible. A l'inverse, un bassin formé de rochesimperméables mais meubles et érodables, comme des marnes ou des argiles, vasouvent présenter une densité de drainage élevée.

L'IDPR devient ainsi le moyen de quantifier ce rôle en comparant un réseau théoriqueétabli selon l'hypothèse d'un milieu parfaitement homogène {indice de développementID), au réseau naturel mis en place sous le contrôle d'un contexte géologiquehétérogène {de persistance des réseaux P/?). L'indice de développement et depersistance des réseaux présente une métrologie de l'écart constaté entre les deuxréseaux.

5.3. COUCHES D'INFORMATIONS UTILISEES

Le réseau hydrologique naturel, utilisé dans la démarche de calcul de I'IDPRprovient des données de la BD CARTHAGE IGN©. Les arcs décrits dans la couched'Infonnation HYA99 et les plans d'eau ou zones larges des cours d'eau de cette basede données cartographiques décrivent la géométrie des axes hydrographiques.

Les attributs exploités pour l'analyse de I'IDPR sont : Vétat des axes0 Inconnu;1 Ecoulement permanent;2 Ecoulement intemaittent;3 Axe fictif (créé pour assurer la continuité des cours d'eau);4 Canal abandonné, à sec;



et leur nature• 0 Inconnue;• 1 Cours d'eau à berges non maçonnées• 2 Cours d'eau à berges maçonnées• 3 Canal (larg.>15m)• 4 Aqueduc• 5 Fossé• 6 Autre• 7 Estuaire principal

La nature des axes et l'étatdes axes hydrographiquesconditionnent plusieursapproches distinctes dumilieu qui dépendentétroitement de la qualitédes informations intégréesà BD CARTHAGE©.

Figure 21 : Réseauhydrologique de larégion Aquitaine

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Le réseau théorique des écoulements est fondé sur l'analyse des talwegs. Ilsuppose une lame d'eau météoritique et un récepteur imperméable homogène. Ils'établit à partir de l'analyse du modèle numérique de terrain (MNT).

5.4. CALCUL DU RESEAU DES TALWEGS

Seule l'altitude est fournie de manière "brute" par le MNT. On ne peut en extraire quedes réseaux de talwegs.La plupart des logiciels de systèmes d'Infonnation géographique permettent de générerautomatiquement des limites de bassins versants à partir d'un MNT. Les traitementsexploités dans le cadre de cette étude ont été développés pour l'application ArcView©.Les procédures utilisées proviennent de l'Université du Texas à Austin. Elles ont étédéveloppées pour Arcview par le CRWR (Center for Research in Water Resources).L'extraction automatique de réseaux (de talwegs ou de crêtes) exploité dans cetteétude peut être assimilée à une démarche structuraliste inspirée du modèle physiquedu ruissellement de l'eau sur un relief.

Elle se fonde sur trois étapes :

La première utilise un algorithme basé sur la recherche de "points de talwegs".Dans une fenêtre centrée sur le pixel à traiter, on examine le voisinage afin dedétecter un changement de pente concave ou un extremum positif de la dérivéeseconde.

La seconde étape calcule le "graphe dérivé" du MNT qui attribue à chaque point ladirection de la maille voisine suivant la plus grande pente. Cet ensemble de"cellules de drainage" décrit un bassin versant lorsque l'exutoire est situé sur lebord du MNT ou un "bassin de dépression" lorsque tous les chemins décrits ensuivant les cellules aboutissent en un minimum local.

Enfin l'application trace dynamiquement des lignes, en partant de certains pointschoisis et en suivant la ligne de plus grande pente jusqu'à arriver soit en bordd'image, soit en un minimum local, soit enfin jusqu'à rencontrer une ligne déjàtracée.

La majeure partie des données issues des MNT est précise, cependant il peut existerdans les modèles des surfaces causant des dépressions pour lesquelles aucunexutoire n'est possible ou des zones planes pour lesquelles la détermination d'untalweg s'avère impossible.

Il est nécessaire de traiter artificiellement ces zones afin de rétablir un écoulementpotentiel et permettre la détermination des talwegs.



Le réseau théorique des écoulements est fondé sur l'analyse des talwegs. Ilsuppose une lame d'eau météoritique et un récepteur imperméable homogène. Ils'établit à partir de l'analyse du modèle numérique de terrain (MNT).

5.4. CALCUL DU RESEAU DES TALWEGS

Seule l'altitude est fournie de manière "brute" par le MNT. On ne peut en extraire quedes réseaux de talwegs.La plupart des logiciels de systèmes d'Infonnation géographique permettent de générerautomatiquement des limites de bassins versants à partir d'un MNT. Les traitementsexploités dans le cadre de cette étude ont été développés pour l'application ArcView©.Les procédures utilisées proviennent de l'Université du Texas à Austin. Elles ont étédéveloppées pour Arcview par le CRWR (Center for Research in Water Resources).L'extraction automatique de réseaux (de talwegs ou de crêtes) exploité dans cetteétude peut être assimilée à une démarche structuraliste inspirée du modèle physiquedu ruissellement de l'eau sur un relief.

Elle se fonde sur trois étapes :

La première utilise un algorithme basé sur la recherche de "points de talwegs".Dans une fenêtre centrée sur le pixel à traiter, on examine le voisinage afin dedétecter un changement de pente concave ou un extremum positif de la dérivéeseconde.

La seconde étape calcule le "graphe dérivé" du MNT qui attribue à chaque point ladirection de la maille voisine suivant la plus grande pente. Cet ensemble de"cellules de drainage" décrit un bassin versant lorsque l'exutoire est situé sur lebord du MNT ou un "bassin de dépression" lorsque tous les chemins décrits ensuivant les cellules aboutissent en un minimum local.

Enfin l'application trace dynamiquement des lignes, en partant de certains pointschoisis et en suivant la ligne de plus grande pente jusqu'à arriver soit en bordd'image, soit en un minimum local, soit enfin jusqu'à rencontrer une ligne déjàtracée.

La majeure partie des données issues des MNT est précise, cependant il peut existerdans les modèles des surfaces causant des dépressions pour lesquelles aucunexutoire n'est possible ou des zones planes pour lesquelles la détermination d'untalweg s'avère impossible.

Il est nécessaire de traiter artificiellement ces zones afin de rétablir un écoulementpotentiel et permettre la détermination des talwegs.



5.4.1. Pré-traitement du MNT - zones de dépression

Les solutions sont généralement basées sur l'hypothèse suivante : si l'eau s'écoule ensurface et s'il y a une dépression naturelle, l'eau remplit préalablement celle-ci avantde continuer sa route vers l'aval. La première des techniques de traitement desdépressions considère les dépressions comme des artefacts altimétriques nereprésentant aucune fomne réelle (Jenson et Domingue 1998). De ce fait, certainsauteurs procèdent au comblement des dépressions après avoir déterminé l'exutoire dela dépression : c'est la technique dite du « bouche-trous ». Dans ce cas, on déterminela cellule exutoire et on affecte à toutes les cellules de la dépression l'altitude de cetexutoire. La seconde, décrite par Fairfield et Leymarie (1991), vise à détenninerl'exutoire de la dépression puis à inverser le chemin d'écoulement entre le fond de ladépression et cet exutoire. Ceci aura pour effet de rendre la continuité du réseauhydrographique. Pour détenniner quelle cellule représente l'exutoire, il faut trouver,parmi toutes les cellules ne recevant pas d'eau d'une autre cellule et s'écoulant vers lefond de la dépression, laquelle possède l'altitude la plus basse.

Enfin, une demière méthode répandue consiste à identifier une zone d'altitude forteentre deux dépressions et à creuser cette zone de façon à ce que l'eau de ladépression puisse s'écouler en aval.A l'usage, ces techniques offrent toutes des résultats comparables. L'algorithme detraitement des dépressions n'influence donc pas de manière significative le réseauobtenu par extraction automatique. Cependant, c'est au niveau de la modification duMNT que se situent les différences essentielles de ces méthodes. En effet, si laseconde technique indiquée ci-dessus est sans effet sur les altitudes, les deux autresvont les modifier et foumir une information importante quant à la qualité des donnéesinitiales. Par souci de simplification des outils mis en uvre, la première méthode estcelle retenue pour le processus de calcul de I'IDPR.

5.4.2. Pré-traitement du MNT - zones planes

Le problème des zones plates peut se régler d'une manière quasiment similaire autraitement des dépressions. Il suffit de rechercher, parmi tous les pixels adjacents de lazone plate, le pixel le plus proche du pixel traité, possédant une altitude inférieure àcelui ci. Ce pixel peut être considéré comme le pixel exutoire. Après avoir déterminél'exutoire, il faut créer un chemin hydrographique allant du pixel traité au pixel exutoirede façon à rétablir la continuité du réseau. Cette opération doit se répéter pour tous lespixels de la zone plate. L'inconvénient de cette méthode est de créer des cheminshydrographiques parallèles et d'empêcher la convergence des eaux avant l'exutoire dela zone plate.Il existe un moyen de remédier à cet artefact supposant que les cheminshydrographiques situés sur une zone plate, en plus de s'écouler en direction del'exutoire, doivent s'éloigner le plus possible des pixels d'altitudes plus élevées



5.4.1. Pré-traitement du MNT - zones de dépression

Les solutions sont généralement basées sur l'hypothèse suivante : si l'eau s'écoule ensurface et s'il y a une dépression naturelle, l'eau remplit préalablement celle-ci avantde continuer sa route vers l'aval. La première des techniques de traitement desdépressions considère les dépressions comme des artefacts altimétriques nereprésentant aucune fomne réelle (Jenson et Domingue 1998). De ce fait, certainsauteurs procèdent au comblement des dépressions après avoir déterminé l'exutoire dela dépression : c'est la technique dite du « bouche-trous ». Dans ce cas, on déterminela cellule exutoire et on affecte à toutes les cellules de la dépression l'altitude de cetexutoire. La seconde, décrite par Fairfield et Leymarie (1991), vise à détenninerl'exutoire de la dépression puis à inverser le chemin d'écoulement entre le fond de ladépression et cet exutoire. Ceci aura pour effet de rendre la continuité du réseauhydrographique. Pour détenniner quelle cellule représente l'exutoire, il faut trouver,parmi toutes les cellules ne recevant pas d'eau d'une autre cellule et s'écoulant vers lefond de la dépression, laquelle possède l'altitude la plus basse.

Enfin, une demière méthode répandue consiste à identifier une zone d'altitude forteentre deux dépressions et à creuser cette zone de façon à ce que l'eau de ladépression puisse s'écouler en aval.A l'usage, ces techniques offrent toutes des résultats comparables. L'algorithme detraitement des dépressions n'influence donc pas de manière significative le réseauobtenu par extraction automatique. Cependant, c'est au niveau de la modification duMNT que se situent les différences essentielles de ces méthodes. En effet, si laseconde technique indiquée ci-dessus est sans effet sur les altitudes, les deux autresvont les modifier et foumir une information importante quant à la qualité des donnéesinitiales. Par souci de simplification des outils mis en uvre, la première méthode estcelle retenue pour le processus de calcul de I'IDPR.

5.4.2. Pré-traitement du MNT - zones planes

Le problème des zones plates peut se régler d'une manière quasiment similaire autraitement des dépressions. Il suffit de rechercher, parmi tous les pixels adjacents de lazone plate, le pixel le plus proche du pixel traité, possédant une altitude inférieure àcelui ci. Ce pixel peut être considéré comme le pixel exutoire. Après avoir déterminél'exutoire, il faut créer un chemin hydrographique allant du pixel traité au pixel exutoirede façon à rétablir la continuité du réseau. Cette opération doit se répéter pour tous lespixels de la zone plate. L'inconvénient de cette méthode est de créer des cheminshydrographiques parallèles et d'empêcher la convergence des eaux avant l'exutoire dela zone plate.Il existe un moyen de remédier à cet artefact supposant que les cheminshydrographiques situés sur une zone plate, en plus de s'écouler en direction del'exutoire, doivent s'éloigner le plus possible des pixels d'altitudes plus élevées



(Gartjrecht et Martz'). Cela pennet de concentrer les écoulements à l'amont de lacellule exutoire et au centre de la zone plate. Cet algorithme^ n'a pas été intégré dansle cadre de la méthode IDPR. Sur les reliefs peu marqués, un tel algorithme detraitement des zones plates s'avérerait décisif.

5.4.3. Réseau de Talweg calculé

Le réseau de drainage obtenu représente la hiérarchisation de la réponse d'un milieu¡mpemfiéable soumis au ruissellement d'une lame d'eau. La figure suivante présente larestitution cartographique du calcul du réseau des talwegs.

Les données numériques sont fournies sur CDROM en annexe de ce rapport sousfomriat ARCVIEW 8x et 9x. Le système de projection utilisé est celui du "Lambert II

Etendu" et les données de type « Raster » sont également foumies dans le système deprojection Lambert 93.

' Automated Extraction of Drainage Netvrori< and Watershed Data From Digital Elevation Models Lawrence W. Martzand Jurgen Gari^recht Volume 29, No. 6, pp. 901-908, December 1993

' Lacroix, M., Martz, L.W., Kite, G.W. and Garbrecht, J. 2002. Using digital terrain analysis modelling techniques for theparameterization of a hydrologie model. Environmental Modelling and Software



(Gartjrecht et Martz'). Cela pennet de concentrer les écoulements à l'amont de lacellule exutoire et au centre de la zone plate. Cet algorithme^ n'a pas été intégré dansle cadre de la méthode IDPR. Sur les reliefs peu marqués, un tel algorithme detraitement des zones plates s'avérerait décisif.

5.4.3. Réseau de Talweg calculé

Le réseau de drainage obtenu représente la hiérarchisation de la réponse d'un milieu¡mpemfiéable soumis au ruissellement d'une lame d'eau. La figure suivante présente larestitution cartographique du calcul du réseau des talwegs.

Les données numériques sont fournies sur CDROM en annexe de ce rapport sousfomriat ARCVIEW 8x et 9x. Le système de projection utilisé est celui du "Lambert II

Etendu" et les données de type « Raster » sont également foumies dans le système deprojection Lambert 93.

' Automated Extraction of Drainage Netvrori< and Watershed Data From Digital Elevation Models Lawrence W. Martzand Jurgen Gari^recht Volume 29, No. 6, pp. 901-908, December 1993

' Lacroix, M., Martz, L.W., Kite, G.W. and Garbrecht, J. 2002. Using digital terrain analysis modelling techniques for theparameterization of a hydrologie model. Environmental Modelling and Software



Figure 22 : Carte du réseau des talwegs : Données fournies en annexe(couche Talwegs)



5.5. CALCUL DE L'IDPR

L'IDPR permet de rendre compte indirectement de la capacité intrinsèque du solà laisser infiltrer ou ruisseler les eaux de surface. Cette fonction d'infiltrationdépend de la perméabilité verticale qui traduit la capacité d'un sol à laisser passer unfluide. Très variable, ce paramètre dépend essentiellement de la lithologie de laformation considérée.L'IDPR compare un réseau théorique établi selon l'hypothèse d'un milieu parfaitementhomogène au réseau mis en place sous le contrôle d'un contexte géologiquehétérogène, il résulte du rapport, pour tout point de l'espace étudié, entre :

La distance au plus proche cours d'eau réel,La distance au plus proche cours d'eau calculé.

Il varie selon une échelle comprise entre 0 et n. Par souci de simplification du critère,I'IDPR est arbitrairement multiplié par 1000 et limité à 2000.L'IDPR est inférieur à 1000 quand le réseau théorique n'est pas repris par une rivièreréelle. Ce rapport indique alors une infiltration majoritaire des eaux. Inversement,quand le réseau réel est plus dense que le réseau calculé, on est en zone demissellement majoritaire, I'IDPR tend vers 2000 (tableau 2).



5.5. CALCUL DE L'IDPR

L'IDPR permet de rendre compte indirectement de la capacité intrinsèque du solà laisser infiltrer ou ruisseler les eaux de surface. Cette fonction d'infiltrationdépend de la perméabilité verticale qui traduit la capacité d'un sol à laisser passer unfluide. Très variable, ce paramètre dépend essentiellement de la lithologie de laformation considérée.L'IDPR compare un réseau théorique établi selon l'hypothèse d'un milieu parfaitementhomogène au réseau mis en place sous le contrôle d'un contexte géologiquehétérogène, il résulte du rapport, pour tout point de l'espace étudié, entre :

La distance au plus proche cours d'eau réel,La distance au plus proche cours d'eau calculé.

Il varie selon une échelle comprise entre 0 et n. Par souci de simplification du critère,I'IDPR est arbitrairement multiplié par 1000 et limité à 2000.L'IDPR est inférieur à 1000 quand le réseau théorique n'est pas repris par une rivièreréelle. Ce rapport indique alors une infiltration majoritaire des eaux. Inversement,quand le réseau réel est plus dense que le réseau calculé, on est en zone demissellement majoritaire, I'IDPR tend vers 2000 (tableau 2).


Carte d e vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines de la région Aquitaine.

IDPR

<1000

=1000

>1000

>2000

Interprétation

Infiltration majoritaire

Par rapport au

Ruissellementsuperficiel

Infiltration et


de m ê m e importance


Par rapport à

l'infiltration vers lemilieu souterrain

Majoritairementassimilable à desmilieux humides

II y a non-conformité entre la disponibilité des axes de drainage liés aux talwegset les axes hydrologiques observés L'eau ruisselant sur les terrains naturelsrejoint un axe de drainage défini par l'analyse des talwegs sans que celui-ci nese concrétise par l'apparition d'un axe hydrologique naturel

Développement d'un réseau de talweg de densité supérieure à l'expression duréseau de drainage naturel.

Il y a conformité entre la disponibilité des axes de drainage liés au talweg et lesaxes hydrologiques en place

L'eau ruisselant sur les terrains naturels rejoint très rapidement un axehydrologique naturel sans que la présence de celui-ci soit directement justifiéepar un talweg. Le réseau de drainage naturel est de densité supérieure à celuidu réseau des talwegs.

U n IDPR supérieur ou égal à 2000 traduit une stagnation permanente outransitoire des eaux, menant à deux interprétations différentes. Quand la Z N Sest faible, par exemple au niveau des cours d'eau et des zones humides, l'eaune s'infiltre pas car le terrain est saturé. Dans le cas d'une Z N S plus importante,le refus d'infiltration semble montrer une imperméabilité des terrains naturels.O n pose l'hypothèse que des valeurs d'IDPR supérieures à 2000 sontmajoritairement assimilables à des milieux humides induisant la possibilitéd'inondation par effet de barrière hydraulique.

Tableau 2 : Valeurs de l'IDPR

9 Les milieux humides en tant qu'hydrosystèmes font partie intégrante des systèmes aquatiques auxquels il sont reliés :soit une nappe phréatique, soit un cours d'eau dont ils sont les prolongements latéraux, soit une zone lacustre dont ilsconstituent les bordures. A ce titre ces milieux humides ne peuvent être, d'un point de vue hydrologique, isolés desautres hydrosystèmes avec lesquels ils sont connectés et aux variations de stocks auxquels ils réagissent.



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Kilometres

Figure 23 : Données brutes du calcul de VIDPR • Données fournies en annexe(Grille I DPR)

5.6. ANALYSE DES RESULTATS FOURNIS PAR L'IDPR

La figure précédente représente la grille des données brutes du calcul de l'indice IDPR.Le maillage est composé de cellules de 100m de côté. Il est établit sur la seule analysedes données géomorphologiques et hydrologiques. Cependant, la comparaison avec lacarte géologique présentée en médaillon montre des correspondances remarquables.

Les exemples suivants ont vocation à illustrer ces correspondances entre les résultatsde riDPR et le comportement des eaux de surfaces sur les formations géologiquestelles que les décrivent les cartes disponibles. Pour présenter ces correspondances,



les résultats de l'analyse IDPR ont été traités de manière brute ou agrégés parformations géologiques ou par unités fonctionnelles.

5.7. AGREGATION DES DONNEES PAR UNITES SPATIALES

L'indice IDPR calculé précédemment sous la forme d'une grille au pas de 100m estpour les analyses suivantes rapporté aux unités fonctionnelles {cf. paragraphe 4.1.2).Le résultat de cette analyse est porté dans la carte suivante et constituera pour la suitede l'étude de vulnérabilité, la voie d'utilisation de l'IDPR.

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FigureIDPR

affectéunités

3 35-ï 50 ad Dar

0 10 2D 4) 80• Mlometres

fonctionnelles - Données fournies en annexe (couverture unités fonctionnellesAttribut IDPR)



Les unités fonctionnelles sont supposées d'un comportement hydrogéologiquehomogène. Parce qu'elles résultent de l'intersection de couches d'informationsgéographiques issues de référentiels communément exploités (masses d'eausouterraine, entités hydrogéologiques, ...) elles constituent le moyen d'associer lesrésultats de I'IDPR à des objets aisément manipulables dans les systèmesd'informations couramment constitués dans le domaine de l'Eau.



Les unités fonctionnelles sont supposées d'un comportement hydrogéologiquehomogène. Parce qu'elles résultent de l'intersection de couches d'informationsgéographiques issues de référentiels communément exploités (masses d'eausouterraine, entités hydrogéologiques, ...) elles constituent le moyen d'associer lesrésultats de I'IDPR à des objets aisément manipulables dans les systèmesd'informations couramment constitués dans le domaine de l'Eau.



6. Cartographie de l'indice simplifié devulnérabilité

Afin de réaliser la carte de vulnérabilité simplifiée, l'approche menée pour le milieusouterrain est la suivante :

Pour les eaux souterraines, la vulnérabilité intrinsèque d'un aquifère dépendant deses caractéristiques hydrodynamiques et géologiques, on différencie pour lavulnérabilité les critères suivants :

- la zone non saturée (ZNS) qui intervient avant l'arrivée du polluant dansl'aquifère (nature, perméabilité, épaisseur) ;

- les caractéristiques propres des aquifères (type de perméabilité, degré dekarstification/fissuration, hétérogénéité) susceptibles d'influencer lecomportement du polluant dans la nappe (dispersion, rapidité depropagation,...).

Le point de départ de cette approche se fonde sur I'IDPR. Celui-ci se substitue auxdonnées liées à la pemnéabilité des sols (eaux superficielles) ou du sous-sol (les eauxsouterraines). Il s'agit d'une approche simplifiée des caractéristiques de ces milieuxpour lesquels, on l'a vu précédemment, I'IDPR décrit, de manière qualitative, laperméabilité à travers les pôles infiltration et ruissellement

L'IDPR est croisé avec l'épaisseur de la ZNS pour hiérarchiser la vulnérabilitésimplifiée des eaux souten'aines. Il peut également être croisé avec la pente pourhiérarchiser la vulnérabilité des eaux de surface. L'épaisseur de la zone non saturée etla pente des ten'ains naturels étant dans ce cas considérées comme les facteurssusceptibles de retarder ou d'accentuer la migration des polluants dans les deuxmilieux considérés.

6.1. CALCUL DE LA VULNERABILITE DES EAUX SOUTERRAINES

L'analyse de la vulnérabilité des eaux souterraines découle d'une approche dited'analyse multicritère. Cela désigne généralement un ensemble de méthodespermettant d'agréger plusieurs critères avec l'objectif de sélectionner ou mettre enévidence une ou plusieurs solutions.

L'analyse multicritère mise en place vise à foumir des outils qui permettent deprogresser dans la résolution d'un problème de hiérarchisation qualitative où plusieursindicateurs doivent être pris en compte. La divergence de ces indicateurs nécessitealors la recherche d'une adéquation ou le meilleur compromis possible pennettant dehiérarchiser le milieu naturel.



6. Cartographie de l'indice simplifié devulnérabilité

Afin de réaliser la carte de vulnérabilité simplifiée, l'approche menée pour le milieusouterrain est la suivante :

Pour les eaux souterraines, la vulnérabilité intrinsèque d'un aquifère dépendant deses caractéristiques hydrodynamiques et géologiques, on différencie pour lavulnérabilité les critères suivants :

- la zone non saturée (ZNS) qui intervient avant l'arrivée du polluant dansl'aquifère (nature, perméabilité, épaisseur) ;

- les caractéristiques propres des aquifères (type de perméabilité, degré dekarstification/fissuration, hétérogénéité) susceptibles d'influencer lecomportement du polluant dans la nappe (dispersion, rapidité depropagation,...).

Le point de départ de cette approche se fonde sur I'IDPR. Celui-ci se substitue auxdonnées liées à la pemnéabilité des sols (eaux superficielles) ou du sous-sol (les eauxsouterraines). Il s'agit d'une approche simplifiée des caractéristiques de ces milieuxpour lesquels, on l'a vu précédemment, I'IDPR décrit, de manière qualitative, laperméabilité à travers les pôles infiltration et ruissellement

L'IDPR est croisé avec l'épaisseur de la ZNS pour hiérarchiser la vulnérabilitésimplifiée des eaux souten'aines. Il peut également être croisé avec la pente pourhiérarchiser la vulnérabilité des eaux de surface. L'épaisseur de la zone non saturée etla pente des ten'ains naturels étant dans ce cas considérées comme les facteurssusceptibles de retarder ou d'accentuer la migration des polluants dans les deuxmilieux considérés.

6.1. CALCUL DE LA VULNERABILITE DES EAUX SOUTERRAINES

L'analyse de la vulnérabilité des eaux souterraines découle d'une approche dited'analyse multicritère. Cela désigne généralement un ensemble de méthodespermettant d'agréger plusieurs critères avec l'objectif de sélectionner ou mettre enévidence une ou plusieurs solutions.

L'analyse multicritère mise en place vise à foumir des outils qui permettent deprogresser dans la résolution d'un problème de hiérarchisation qualitative où plusieursindicateurs doivent être pris en compte. La divergence de ces indicateurs nécessitealors la recherche d'une adéquation ou le meilleur compromis possible pennettant dehiérarchiser le milieu naturel.


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux soutenraines de la région Aquitaine.

Pour appliquer cette approche, les étapes suivantes ont été suivies,identification de l'objectif global de la démarche (défini par le cahier descharges initial de cette étude),listes des solutions ou méthodologies existantes pour réaliser cette carte,identification des critères ou standards qui orientent la prise de décision.Règles d'association de ces critères pour définir la solution la plus satisfaisante

La différence entre les différentes méthodes d'analyse multicritère employées pour ladéfinition de la vulnérabilité des eaux souterraines se trouve dans la façon de réalisercette dernière étape, soit dans la façon d'évaluer chacune des combinaisons enfonction des critères retenus.Dans la plupart des méthodes multicritères, l'importance relative des critères accordéepar les décideurs est représentée par des poids.

Dans la suite de cette analyse on définira ainsi les termes suivants :

Critères (ou attributs): aspects suivant lesquels les altematives sontexaminées ; qualitatifs ou quantitatifsPoids (des critères) : importance attribuée aux critères ; subjectifs;normalisation

Le résultat de cette approche multicritère résulte d'un calcul selon une méthode diteWSM (Weight Sum Method) ou modèle des sommes pondérées. Celle-ci est en règlegénérale reconnue idéale pour les problèmes à une seule dimension (c'est à dire quela solution au problème posé varie dans un seul sens, en l'occurrence d'unevulnérabilité faible vers une vulnérabilité forte)

6.2. CRITERE IDPR

Le critère IDPR a été, en première estimation, pris en compte sans distinguer ia naturedes réservoirs aquifères auxquels il pouvait être associé. Ainsi, un réservoir alluvial, oùla proximité de la nappe d'accompagnement de la rivière induit une divagation du coursd'eau, présente un indice IDPR élevé systématiquement associé à un milieu à prioriruisselant. D'autre part, le caractère karstique « franc » de certaine fonnations dans lePérigord devient, si on réduit la gamme des valeurs de I'IDPR, peu différentiable desformations sédimentaires non karstiques.Ces observations se sont traduites parfois par un phénomène de « lissage » descaractéristiques propres à chacune des masses d'eau amplifié par le caractèreintégrateur de certains découpages.

Après l'élaboration de plusieurs scénarios d'interprétation, une ventilation non linéairedu critère I'IDPR à été retenue pour tenir compte des caractéristiques d'écoulementpropres à chacune des masses d'eau souterraines rencontrées. Ainsi, dans la suite del'étude, la valeur affectée à l'indice IDPR (pondérée de 0 à 100) varie en fonction de la


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux soutenraines de la région Aquitaine.

Pour appliquer cette approche, les étapes suivantes ont été suivies,identification de l'objectif global de la démarche (défini par le cahier descharges initial de cette étude),listes des solutions ou méthodologies existantes pour réaliser cette carte,identification des critères ou standards qui orientent la prise de décision.Règles d'association de ces critères pour définir la solution la plus satisfaisante

La différence entre les différentes méthodes d'analyse multicritère employées pour ladéfinition de la vulnérabilité des eaux souterraines se trouve dans la façon de réalisercette dernière étape, soit dans la façon d'évaluer chacune des combinaisons enfonction des critères retenus.Dans la plupart des méthodes multicritères, l'importance relative des critères accordéepar les décideurs est représentée par des poids.

Dans la suite de cette analyse on définira ainsi les termes suivants :

Critères (ou attributs): aspects suivant lesquels les altematives sontexaminées ; qualitatifs ou quantitatifsPoids (des critères) : importance attribuée aux critères ; subjectifs;normalisation

Le résultat de cette approche multicritère résulte d'un calcul selon une méthode diteWSM (Weight Sum Method) ou modèle des sommes pondérées. Celle-ci est en règlegénérale reconnue idéale pour les problèmes à une seule dimension (c'est à dire quela solution au problème posé varie dans un seul sens, en l'occurrence d'unevulnérabilité faible vers une vulnérabilité forte)

6.2. CRITERE IDPR

Le critère IDPR a été, en première estimation, pris en compte sans distinguer ia naturedes réservoirs aquifères auxquels il pouvait être associé. Ainsi, un réservoir alluvial, oùla proximité de la nappe d'accompagnement de la rivière induit une divagation du coursd'eau, présente un indice IDPR élevé systématiquement associé à un milieu à prioriruisselant. D'autre part, le caractère karstique « franc » de certaine fonnations dans lePérigord devient, si on réduit la gamme des valeurs de I'IDPR, peu différentiable desformations sédimentaires non karstiques.Ces observations se sont traduites parfois par un phénomène de « lissage » descaractéristiques propres à chacune des masses d'eau amplifié par le caractèreintégrateur de certains découpages.

Après l'élaboration de plusieurs scénarios d'interprétation, une ventilation non linéairedu critère I'IDPR à été retenue pour tenir compte des caractéristiques d'écoulementpropres à chacune des masses d'eau souterraines rencontrées. Ainsi, dans la suite del'étude, la valeur affectée à l'indice IDPR (pondérée de 0 à 100) varie en fonction de la



typologie des masses d'eau et du caractère karstique ou non de celles-ci. Troisoccurrences sont ainsi distinguées : les masses d'eau alluviales, les masses d'eau àcaractère karstique, les autres cas.

100 -,

M

80

tC 70

Z 60

affe

cté

Val

eur

20

10 -

\ >\

\ ^ ^

\ \

0 290 MO 790 1000 1250 1900 1790 2000

Valeur de Dndlce IDPR

—Aluvial

~ ~ Ka relique

—Autres cas

Figure 25 : Valeurs normées du critère IDPR selon la nature des masses d'eau

6.3. CRITERE ZNS

D e manière similaire à celle envisagée pour l'indice IDPR, une ventilation non linéairedu critère de la Z N S à été prise en compte. A u cours d'études menées sur d'autresbassins, les concertations menées avec les experts se sont ainsi orientées vers unedifferentiation de l'appréciation de l'épaisseur de la Z N S , selon que l'on soit dans undomaine karstique, où 30 mètres d'épaisseur de terrains non saturés sont un faiblefrein à l'infiltration comparativement à 10 mètres de Z N S dans un contexteimperméable, localement aquifère.

La valeur affectée à l'épaisseur de la Z N S {pondérée de 0 à 100 également) varie enfonction de la typologie des masses d'eau, de la nature de l'écoulement (libre, captif oukarstique). Cinq occurrences sont distinguées (cf. figure ci-après) :



15 25 35 45

Valeur de la ZNS (m.)

Imperméable localementaquifèneCaractère Karstique,captif

— Caractère Karstique, libre

Type Sédimentaire, libre

— Type Aluvial

Figure 26 : Valeurs normées du critère ZNS selon ia nature et le typed'écoulement des masses d'eau

La formule de calcul de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines est lasuivante :

Vi= (Poids IDPR * [Critère IDPR]) + (Poids Z N S * [Critère ZNS])

Avec : Poids IDPR + Poids Z N S = 1,Vi compris entre 0 et 100

Sont présentées à la suite, à titre d'illustration, les cartes des critères respectifs IDPRet Z N S ainsi que les différents scénarios que compose la combinaison successive despoids relatifs des deux critères.

Les figures suivantes (fig. 29 à fig. 37) présentent les différents scénarios possiblespar combinaison des critères IDPR et Z N S selon les scénarios suivants :

ScénarioScénarioScénarioScénarioScénarioScénarioScénarioScénario

10%20%30%40%50%60%70%80%

IDPRIDPRIDPRIDPRIDPRIDPRIDPRIDPR

et 90et 80et 70et 60et 50et 40et 30et 20

% ZNS,% ZNS% ZNS% ZNS% ZNS% ZNS% ZNS% ZNS


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines d e la région Aquitaine.

• Scénario 90 % IDPR et 10 % Z N S

La carte de vulnérabilité finalement retenue c o m m e la plus représentative desconnaissances acquises, c o m m e pour les autres bassins, est celle qui présente unpoids égal des critères IDPR, Z N S {50 % / 50 %).

Au cas pas cas, et pour des besoins précis, d'autres scénarios pourraient être testés.

IDPRCritère

H o-08811

21

31

41

51

61

r ï l j n 71

• 81

HI91

0 10 20

•IK3

N ' y •

10 ^ v .

-40 M ^

•50 B ^ ^

60 mmWWMmWW\70 fl^^fr

-30 m\\\\\\\w

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X

ÏY

IDPR

POIDS

^ B 50%

20%

Figure 27 : Carte de la région Aquitaine, représentation du critère IDPR



Figure 28 : Carte de fa région Aquitaine, représentation du critère ZNS



Figure 29 : Scénario 10 % IDPR et 90 % ZNS

C e scénario privilégie la proximité des nappes, il ne tient pas compte de lacapacité des terrains qui les recouvrent à ralentir voire s'opposer à la migrationde polluants venus de la surface. Il porte ainsi à égalité de vulnérabilité desterritoires tels que les formations jurassiques du Quercy et les formations dessables des landes. Les nappes alluviales apparaissent vulnérables. La légendede cette carte et des suivantes est présentée á la fig. 34.





C e scénario atténue l'influence de la proximité des nappes. Les formations desocle deviennent alors de vulnérabilité moindre que celle des formationscarbonatées du Jurassique où les écoulements peuvent prendre un caractèrekarstique.

F/gure 32 ; Scénario 40 % IDPR et 60 % ZNS




C e scénario équilibre l'influence de la proximité des nappes avec l'aptitude àl'infiltration des terrains naturels que décrit indirectement l'IDPR. La vulnérabilitédes nappes alluviales est moindre que celles des formations très perméablesen grands que forment les massifs carbonates à écoulement de natureKarstique.





C e scénario met en exergue l'aptitude plus ou moins grande à l'infiltration desterrains naturels décrite par l'IDPR. La proximité de la nappe devient peudéterminante et les nappes alluviales qui décrivent un milieu où l'écoulement ensurface ou subsurface des eaux souterraines, deviennent par l'analysecombinatoire, de faible vulnérabilité




Figure 37: Scénario 90 % IDPR et 10 % ZNS

La vulnérabilité des nappes alluviales est faible (écoulement de surface). Lesréservoirs sédimentaires se hiérarchisent selon leur perméabilité en grandc o m m u n é m e n t admise. C e critère est séduisant si l'on fait abstraction de lanotion de cible pour centrer l'analyse sur la vulnérabilité du réservoir ou sonaptitude à laisser migrer l'eau souterraine. Indirectement on décrit également lacapacité de ceux-ci à recevoir de l'eau.

Scénarios = {Poids IDPR * [Critère IDPR]) + (Poids Z N S * [Critère ZNS])

Avec : Poids IDPR + Poids Z N S = 1, V¡ compris entre 0 et 100

Scénarios^ B 0-2

5 - 6

7 - 8

9 - 1 0

11 * 1 2

13-14

15-16

17-18

19-20

21 -22

2 3 - 2 4

25 - 26

27-28

29-30

31 -32

33-34

35-36

37-38

39-40

41 -42

43-44

45-46

47-48

49-50

51-52

53-54

55-56

57-58

59-60

61-62

63-64

65-66

67-68

69-70

71 -72

73-74

75-76

77-78

79-80

81 -82

83-84

85-86

87-8B

89-90

91 -92

93-94

95-96

97-98

99-100

Figure 38: Légende des scénarios présentés



Unités fonctionnelles

Vulnérabilité (50% IDPR 50% ZNS)

^ ^ Très faible vulnérabilité

^ H j Faible vulnérabilité

Vulnérabilité m o y e n n e

^ | Vulnérabilité fort«

^ H Vulnérabilité tres forte

r\

Figure 39 : Carte de la région Aquitaine, représentation de la vulnérabilité deseaux souterraines (ratio 50150 IDPR et ZNS)



6.4. ANALYSE CRITIQUE DES RESULTATS

6.4.1. Indice IDPR sur craie

Manifestement, I'IDPR est un bon indicateur de la potentialité d'infiltration (ou deruissellement) des eaux de pluies sur un territoire donné mais seulement à partir d'unesurface minimale donnée, c'est-à-dire plutôt à l'échelle d'une zone hydrologique(bassin versant BDCarthage), d'un système aquifère ou d'un domaine géologique. Aces échelles, en effet, il semble donner une bonne vue d'ensemble de ce potentiel surdes territoires relativement vastes mais cependant, il fait apparaître une homogénéitéqui semble artificielle au sein de certaines formations sédimentaires et notamment lescraies et calcaires.

Ainsi la différenciation de I'IDPR sur ces formations est relativement faible, traduisant,a priori, une bonne homogénéité spatiale de l'infiltration. Il s'avère cependant qu'à plusgrande échelle (sous-bassin versant, sous-système, observation de terrain), les eauxde pluie ne s'infiltrent pas de façon uniforme, avec les mêmes intensités d'un point à unautre du temtoire considéré. Hormis, en effet, les pluies de faible intensité et de courteou moyenne durée qui, certes, s'infiltrent à peu près régulièrement sur toute la surfacedu sol concemée, les pluies de plus forte intensité ou de très longue durée ont, elles,tendance à s'accumuler progressivement dans les points bas que constituent lesdépressions topographiques de plateaux ainsi que les thalwegs et vallons secsadjacents, soit par des phénomènes d'écoulement "hypodermique" (par saturation destoutes premières couches du recouvrement superficiel = niveaux agro-pédologiques),soit par du ruissellement pur et simple sur des sols "battants", dénudés et/ou pentus,soit, le plus souvent, par les deux.Bien entendu, outre les composantes topographiques et pédologiques des sols, cestransferts d'eau superficiels subhorizontaux sont aussi guidés par la perméabilité(nature lithologique) des terrains de recouvrement où l'eau de pluie a tendance àmisseler jusqu'à leur périphérie. A contrario, la nature très sableuse des limons decouverture dans certaines régions va induire l'effet inverse et en facilitant l'infiltration, larendre dans le même temps, plus homogène.

Dans le même ordre d'idée, la répartition de l'infiltration peut également être fortementinfluencée par la présence de fissures de type karstique dans la craie de certainssecteurs, affectant à la fois la ZNS et la ZS. Plusieurs captages AEP sont ainsicontaminés par des bactéries pathogènes ainsi que par une certaine turbidité de l'eauen période de fortes pluies ou d'averses orageuses^". En fait, ce type de conduitsverticaux et horizontaux, d'origine essentiellement karstique, est connu, à l'exempledes fonnations du Quercy. Ils sont toutefois la plupart du temps, colmatés par desremplissages de limons ou d'argile à silex. Episodiquement, certains d'entre eux, en

^° Des tests de traçage colorimétrique et/ou salin dans ce milieu ont démontré que l'eau de pluie s'infiltrantdans certaines dépressions dolinaires pouvait, par exemple, traverser â la fois plusieurs dizaines demètres de ZNS puis parcourir 2 à 3 km dans la ZS en moins de deux jours, soit à des vitesses dépassant50m/ti.



6.4. ANALYSE CRITIQUE DES RESULTATS

6.4.1. Indice IDPR sur craie

Manifestement, I'IDPR est un bon indicateur de la potentialité d'infiltration (ou deruissellement) des eaux de pluies sur un territoire donné mais seulement à partir d'unesurface minimale donnée, c'est-à-dire plutôt à l'échelle d'une zone hydrologique(bassin versant BDCarthage), d'un système aquifère ou d'un domaine géologique. Aces échelles, en effet, il semble donner une bonne vue d'ensemble de ce potentiel surdes territoires relativement vastes mais cependant, il fait apparaître une homogénéitéqui semble artificielle au sein de certaines formations sédimentaires et notamment lescraies et calcaires.

Ainsi la différenciation de I'IDPR sur ces formations est relativement faible, traduisant,a priori, une bonne homogénéité spatiale de l'infiltration. Il s'avère cependant qu'à plusgrande échelle (sous-bassin versant, sous-système, observation de terrain), les eauxde pluie ne s'infiltrent pas de façon uniforme, avec les mêmes intensités d'un point à unautre du temtoire considéré. Hormis, en effet, les pluies de faible intensité et de courteou moyenne durée qui, certes, s'infiltrent à peu près régulièrement sur toute la surfacedu sol concemée, les pluies de plus forte intensité ou de très longue durée ont, elles,tendance à s'accumuler progressivement dans les points bas que constituent lesdépressions topographiques de plateaux ainsi que les thalwegs et vallons secsadjacents, soit par des phénomènes d'écoulement "hypodermique" (par saturation destoutes premières couches du recouvrement superficiel = niveaux agro-pédologiques),soit par du ruissellement pur et simple sur des sols "battants", dénudés et/ou pentus,soit, le plus souvent, par les deux.Bien entendu, outre les composantes topographiques et pédologiques des sols, cestransferts d'eau superficiels subhorizontaux sont aussi guidés par la perméabilité(nature lithologique) des terrains de recouvrement où l'eau de pluie a tendance àmisseler jusqu'à leur périphérie. A contrario, la nature très sableuse des limons decouverture dans certaines régions va induire l'effet inverse et en facilitant l'infiltration, larendre dans le même temps, plus homogène.

Dans le même ordre d'idée, la répartition de l'infiltration peut également être fortementinfluencée par la présence de fissures de type karstique dans la craie de certainssecteurs, affectant à la fois la ZNS et la ZS. Plusieurs captages AEP sont ainsicontaminés par des bactéries pathogènes ainsi que par une certaine turbidité de l'eauen période de fortes pluies ou d'averses orageuses^". En fait, ce type de conduitsverticaux et horizontaux, d'origine essentiellement karstique, est connu, à l'exempledes fonnations du Quercy. Ils sont toutefois la plupart du temps, colmatés par desremplissages de limons ou d'argile à silex. Episodiquement, certains d'entre eux, en

^° Des tests de traçage colorimétrique et/ou salin dans ce milieu ont démontré que l'eau de pluie s'infiltrantdans certaines dépressions dolinaires pouvait, par exemple, traverser â la fois plusieurs dizaines demètres de ZNS puis parcourir 2 à 3 km dans la ZS en moins de deux jours, soit à des vitesses dépassant50m/ti.



voie de décolmatage progressif (suite à des fortes pluies répétées) ou brutal(pompages voisins à forts débits), donnent lieu à des "fbntis" ou des effondrementscirculaires pouvant atteindre plusieurs mètres de diamètre et plus ou moins profonds.

En résumé, à grande échelle (>1/50 000), l'infiltration de la pluie peut donc, dans laréalité, se répartir de façon très hétérogène sur un territoire donné, m ê m e si sonsubstratum apparaît c o m m e globalement "très infiltrant" au vu de IÏDPR, à l'exemplede la craie.

L'utilisation de l'IDPR a tendance à exagérer le caractère infiltrant des formationscrayeuses. La méthode produit ainsi, à petite échelle, un excès de précaution quand àla vulnérabilité effective des grandes unités crayeuses.

A contrario, les phénomènes de petite extension spatiale, dolines, gouffres et pertes,qui ne sont pas portés sur les documents numériques peuvent être écartés dutraitement et minorés. Ces pertes représentent un risque potentiel important depollution des aquifèresC'est pour cette raison qu'une couche d'information supplémentaire a été ajoutée auxdeux critères de cette étude. Les sources de données exploitées pour cette couched'information résultent d'études particulières ou de l'interrogation des bases dedonnées nationales, Banque de données du Sous-Sol et B D Cavités. Pour cettedernière, les travaux d'inventaire ne couvrent à ce jour que les départements de Lot-et-Garonne (47) et de Dordogne (24) de la région Aquitaine (fig. suivante).

Avancement de l'alimentation de la base

Figure 40 : Etat d'avancement de l'alimentation de la base de données nationaleBD Cavités (www.BDCavites.net)



La carte suivante représente à l'échelle de la région, la localisation de ces cavitésnaturelles, gouffres, dolines et pertes et leur densité au k m 2 .

LrlT-ETÄiAK' >N\T ' - K c ^ Ä ^

Base de données CavitésDensité par commune

0.5 cavité au k m '

de 0.5 à 1 cavité au k m 1

plus de 1 cavité au k m *

Figure 41 : Densité au km2 des cavités naturelles, gouffres, dolines et pertes(Dordogne et Lot et Garonne).



Le critère de densité des cavités naturelles et autres points susceptibles de favoriserlocalement une infiltration directe des eaux de surface vers le milieu souterrain est unindicateur. Il n'influe pas sur la vulnérabilité intrinsèque calculée mais a pour objetd'attirer l'attention localement sur la recherche de « points noirs » susceptibles demodifier de manière drastique la vulnérabilité d'une zone (à l'échelle parcellaire parexemple).

Lorsque cet indice devient très élevé, dans un domaine crayeux et sur des zones oùl'IDPR est faible et indique une fonction d'infiltration forte, le milieu peut s'apparenteralors a un Karst dont la géomorphologie résulte des écoulements souterrainsparticuliers qui se mettent en place progressivement dans les roches carbonatées(calcaires et dolomies).

Terrain* non karstiques

PsrtederMèfe

Doline

ValMe tacheRtiurganca

Reculée

i— Champ de lapwz

Falle

& 2 Alluvion»

Frj Calcaire«

Figure 42: Bloc diagramme représentant un paysage karstique synthétique(extrait de ; M. Bakalowicz (1999))

6.4.2. Indice IDPR hors craie

E n dehors des territoires où la craie affleure, la carte régionale de l'IDPR indique uneprédominance du potentiel de ruissellement sur celui de l'infiltration (teintes vertesprédominantes), ceci étant apparemment lié à l'existence, dans les secteursconcernés, de réseaux d'eau superficiels permanents relativement denses coïncidantavec la plupart des thalwegs. En réalité, ce constat de prépondérance du



ruissellement doit être commenté dans certains secteurs à pentes topographiquesfaibles ou très faibles, même si le réseau superficiel pennanent y est très dense,comme c'est notamment le cas des zones humides des marais côtiers. Dans ceszones, en effet, le substrat est constitué de sables formant un véritable aquifère ànappe libre peu profonde, bien alimentée par infiltration directe de la pluie et c'est leréseau superficiel existant, dont l'origine est principalement artificielle (fossésdrainants), qui assure l'essentiel de leur drainage. Ainsi pour ces secteurs, leruissellement qui y est prédominant est la traduction d'un drainage actif d'une zonefortement perméable. Les nappes sont vulnérables par leur recouvrement ti'èsperméable mais elles sont également fortement drainées et leur lien étroit avec leréseau de surface suppose que les polluants qui peuvent les atteindre serontrapidement portés dans le réseau hydrologique de surface.

6.4.3. Poids relatifs IDPR/ZNS dans le cas des vallées alluviales

Certes, pour les temtoires les plus infilti'ants (craie, sables....), le poids donné à I'IDPRpar rapport à la ZNS doit, globalement, être prépondérant car c'est bien le potentield'infilti'ation qui prévaut dans ce cas-là. Cependant, il est ti'ès probable que le poidsrelatif de la ZNS prendra plus d'importance au fur et à mesure que son épaisseurdiminue et atteint des valeurs très faibles (quelques m seulement) dans le cas desformations alluviales. Aussi, pour cette raison, peut-on envisager de prendre un ratioIDPR/ZNS proche de 50 pour les plus faibles ZNS (inf. à 20 m, par exemple) ? En toutcas, il paraît évident que le poids à donner à la ZNS par rapport à I'IDPR doit êtrenettement plus fort dans les plaines alluviales à nappe ti'ès peu profonde, décritesprécédemment. D'où la détermination d'une règle spécifique aux conditions de ZNS defaible épaisseur où le critère IDPR devient quasi inopérant.

La prise en compte de cette vulnérabilité spécifique liée à la seule présence àproximité immédiate du sol (ZNS < 3m) de la nappe phréatique est présentée sur lacarte suivante.



ruissellement doit être commenté dans certains secteurs à pentes topographiquesfaibles ou très faibles, même si le réseau superficiel pennanent y est très dense,comme c'est notamment le cas des zones humides des marais côtiers. Dans ceszones, en effet, le substrat est constitué de sables formant un véritable aquifère ànappe libre peu profonde, bien alimentée par infiltration directe de la pluie et c'est leréseau superficiel existant, dont l'origine est principalement artificielle (fossésdrainants), qui assure l'essentiel de leur drainage. Ainsi pour ces secteurs, leruissellement qui y est prédominant est la traduction d'un drainage actif d'une zonefortement perméable. Les nappes sont vulnérables par leur recouvrement ti'èsperméable mais elles sont également fortement drainées et leur lien étroit avec leréseau de surface suppose que les polluants qui peuvent les atteindre serontrapidement portés dans le réseau hydrologique de surface.

6.4.3. Poids relatifs IDPR/ZNS dans le cas des vallées alluviales

Certes, pour les temtoires les plus infilti'ants (craie, sables....), le poids donné à I'IDPRpar rapport à la ZNS doit, globalement, être prépondérant car c'est bien le potentield'infilti'ation qui prévaut dans ce cas-là. Cependant, il est ti'ès probable que le poidsrelatif de la ZNS prendra plus d'importance au fur et à mesure que son épaisseurdiminue et atteint des valeurs très faibles (quelques m seulement) dans le cas desformations alluviales. Aussi, pour cette raison, peut-on envisager de prendre un ratioIDPR/ZNS proche de 50 pour les plus faibles ZNS (inf. à 20 m, par exemple) ? En toutcas, il paraît évident que le poids à donner à la ZNS par rapport à I'IDPR doit êtrenettement plus fort dans les plaines alluviales à nappe ti'ès peu profonde, décritesprécédemment. D'où la détermination d'une règle spécifique aux conditions de ZNS defaible épaisseur où le critère IDPR devient quasi inopérant.

La prise en compte de cette vulnérabilité spécifique liée à la seule présence àproximité immédiate du sol (ZNS < 3m) de la nappe phréatique est présentée sur lacarte suivante.



0 10 20 40 60 80i Kilometres

Epaisseur de la zone non saturée(en mètres)

^ | inférieure à 3 m

Unités fonctionnellesVulnérabilité (50% IDPR 50% ZNS)^ ^ Très faible vulnérabilité

H Faible vulnérabilité


H Vulnérabilité forte

^ | Vulnérabilité 1res forte

Figure 43 : Vulnérabilité des eaux souterraines de la région Aquitaine(combinaison 50150 plus Seuil ZNS à 3 m )



La prise en compte des constats de l'analyse critique des données conduit à présenterune nouvelle carte de vulnérabilité (figure 40) à laquelle sont portés les ajustementssuivants :

- Vulnérabilité forte de facto pour les zones de faible épaisseur des terrains nonsaturés

- Présence de cavités naturelles, pertes ou gouffres susceptible de modifier demanière drastique la perméabilité des terrains situés à proximité immédiate de cesphénomènes. Ceux-ci étant ponctuels, la vulnérabilité de l'ensemble de laformation n'est pas altérée (critère 50/50), la présence de ces cavités estmentionnée par leur densité au km*.



La prise en compte des constats de l'analyse critique des données conduit à présenterune nouvelle carte de vulnérabilité (figure 40) à laquelle sont portés les ajustementssuivants :

- Vulnérabilité forte de facto pour les zones de faible épaisseur des terrains nonsaturés

- Présence de cavités naturelles, pertes ou gouffres susceptible de modifier demanière drastique la perméabilité des terrains situés à proximité immédiate de cesphénomènes. Ceux-ci étant ponctuels, la vulnérabilité de l'ensemble de laformation n'est pas altérée (critère 50/50), la présence de ces cavités estmentionnée par leur densité au km*.



0 10 20 40 60 80¡Kilometres

Base de données CavitésDensité par commune

.5 cavité au k m 1

de 0 5 à 1 cavité au k m 1

ptus de 1 cavité au k m 1

Epaisseur de la zone non saturée(en mètres)^ | inférieure á 3 m

Unités fonctionnellesVulnérabilité (50% IDPR 50% ZNS)^ | Très faible vulnérabilité

^ | Faible vulnérabilité


B Vulnérabilité forte

^ M Vulnérabilité très forte

Figure 44 : Carte de vulnérabilité finale



6.5. VALIDATION DE LA METHODE IDPR/ZNS PAR DES ZONES DECONTROLE DES RESULTATS

6.5.1. Département de la Dordogne

La carte de vulnérabilité de la Dordogne a été établie pour la Synthèsehydrogéologique du département de la Dordogne (Rapport BRGM/RP-52259-FR,2003). Ce travail a été réalisé dans le cadre du schéma directeur d'adduction d'eaupotable du département de la Dordogne. Le Conseil Général a sollicité le BRGMService Public pour l'établissement d'un état des connaissances géologiques ethydrogéologiques du départementCe bilan initial se fonde d'une part, sur une actualisation des documents de synthèseexistants et d'autre part, sur les expériences et les informations acquises.

Cette carte de vulnérabilité intrinsèque a été obtenue par le calcul d'un index devulnérabilité issu de la combinaison de facteurs physiques (critères) intervenants dansla protection de la nappe.Les représentations géographiques des critères différent selon leur nature. II peuts'agir de polygones (lithologie, RFU. profondeur moyenne à priori des nappes) ou devaleurs ponctuelles (profondeurs mesurées sur un ouvrage). Dans tous les cas defigures, le découpage des polygones différent, et n'a pas pu servir d'unité spatiale deréférence à la réalisation des calculs d'index. Un carroyage a été mis en place pourcette étude. Ce maillage est constitué de mailles carrées de 1 km de côté et épouseles contours du département (9383 mailles).

6.5. 1. 1 Facteurs physiques intervenants dans le calcul de l'index devulnérabilité

Les critères considérés comme les plus déterminants à l'échelle régionale ont étésélectionnés et conservés pour cette approche départementale. Il s'agit de :

la morphologie des ten'ains,la capacité de rétention des sols,la capacité conductrice de la zone non saturée,l'épaisseur de la zone non saturée.

La morphologie des terrainsL'analyse de la morphologie des terrains au travers des pentes permetl'évaluation du ruissellement. Ce demier réduit les possibilitésd'infiltrations de polluant vers la nappe. Il a été considéré que lessecteurs de pente inférieure à 5 % favorisent l'infiltration, et qu'àl'inverse ceux supérieurs à 10 % induisent un missellement.

La capacité de rétention des solsLa capacité de rétention des sols a été appréciée à partir de leur réservefacilement utilisable (RFU). Celte notion évalue la capacité d'interceptionpar le sol de l'eau infiltrée et des polluants qui peuvent y èfa'e véhiculés.



6.5. VALIDATION DE LA METHODE IDPR/ZNS PAR DES ZONES DECONTROLE DES RESULTATS

6.5.1. Département de la Dordogne

La carte de vulnérabilité de la Dordogne a été établie pour la Synthèsehydrogéologique du département de la Dordogne (Rapport BRGM/RP-52259-FR,2003). Ce travail a été réalisé dans le cadre du schéma directeur d'adduction d'eaupotable du département de la Dordogne. Le Conseil Général a sollicité le BRGMService Public pour l'établissement d'un état des connaissances géologiques ethydrogéologiques du départementCe bilan initial se fonde d'une part, sur une actualisation des documents de synthèseexistants et d'autre part, sur les expériences et les informations acquises.

Cette carte de vulnérabilité intrinsèque a été obtenue par le calcul d'un index devulnérabilité issu de la combinaison de facteurs physiques (critères) intervenants dansla protection de la nappe.Les représentations géographiques des critères différent selon leur nature. II peuts'agir de polygones (lithologie, RFU. profondeur moyenne à priori des nappes) ou devaleurs ponctuelles (profondeurs mesurées sur un ouvrage). Dans tous les cas defigures, le découpage des polygones différent, et n'a pas pu servir d'unité spatiale deréférence à la réalisation des calculs d'index. Un carroyage a été mis en place pourcette étude. Ce maillage est constitué de mailles carrées de 1 km de côté et épouseles contours du département (9383 mailles).

6.5. 1. 1 Facteurs physiques intervenants dans le calcul de l'index devulnérabilité

Les critères considérés comme les plus déterminants à l'échelle régionale ont étésélectionnés et conservés pour cette approche départementale. Il s'agit de :

la morphologie des ten'ains,la capacité de rétention des sols,la capacité conductrice de la zone non saturée,l'épaisseur de la zone non saturée.

La morphologie des terrainsL'analyse de la morphologie des terrains au travers des pentes permetl'évaluation du ruissellement. Ce demier réduit les possibilitésd'infiltrations de polluant vers la nappe. Il a été considéré que lessecteurs de pente inférieure à 5 % favorisent l'infiltration, et qu'àl'inverse ceux supérieurs à 10 % induisent un missellement.

La capacité de rétention des solsLa capacité de rétention des sols a été appréciée à partir de leur réservefacilement utilisable (RFU). Celte notion évalue la capacité d'interceptionpar le sol de l'eau infiltrée et des polluants qui peuvent y èfa'e véhiculés.



La capacité conductrice de la zone non saturéeLa perméabilité de la zone non saturée caractérise la vitesse deprogression d'un front de pollution vers la nappe. La variabilité spatialede ce paramètre rend son évaluation délicate et coûteuse. Une échellede perméabilité a été réalisée sur la base de la lithologie de la zone nonsaturée.

L'épaisseur de la zone non saturéeL'épaisseur de la zone non saturée doit être considérée en complémentde sa capacité conductrice, puisqu'elle permet de différer, voired'atténuer, l'arrivée du front de pollution à la nappe. Un temps de séjourimportant dans cette zone non saturée laissera l'opportunité à différentsprocessus chimiques et biologiques d'intervenir dans la dégradation dupolluant Le polluant peut cependant empmnter des cheminementspréférentiels (fissures, chenaux karstiques).La karstification et la fissuration devront être considérés comme descritères complémentaires à la perméabilité et à l'épaisseur de la zonenon saturée.

6.5.2. Calcul de l'index de vulnérabilité

Le calcul de l'index de vulnérabilité intègre une classification des critères j paratti'ibution de note N allant de 1 (peu vulnérable) à 10 (très vulnérable) et un systèmede pondération Pj permettant la hiérarchisation des facteurs physiques en fonctionde leur incidence sur la vulnérabilité de la nappe.

L'index de vulnérabilité IV de chacune des mailles i est donc le suivant

4

Ivi = X!'^^'^J' = '^1-^îi "* Pz'^'s + P3Ni3 + P^.Nmj = 1

Avec, Nij la note atti'ibuée au critère j pour la maille i et Pi le poids respectif du critère j.

La carte obtenue est présentée à la figure suivante. Les zones en blanc correspondentau zones pour les quelles une combinaison de tous les critères nécessaire n'a pu èfa'e

réalisé par absence de données élémentaires



La capacité conductrice de la zone non saturéeLa perméabilité de la zone non saturée caractérise la vitesse deprogression d'un front de pollution vers la nappe. La variabilité spatialede ce paramètre rend son évaluation délicate et coûteuse. Une échellede perméabilité a été réalisée sur la base de la lithologie de la zone nonsaturée.

L'épaisseur de la zone non saturéeL'épaisseur de la zone non saturée doit être considérée en complémentde sa capacité conductrice, puisqu'elle permet de différer, voired'atténuer, l'arrivée du front de pollution à la nappe. Un temps de séjourimportant dans cette zone non saturée laissera l'opportunité à différentsprocessus chimiques et biologiques d'intervenir dans la dégradation dupolluant Le polluant peut cependant empmnter des cheminementspréférentiels (fissures, chenaux karstiques).La karstification et la fissuration devront être considérés comme descritères complémentaires à la perméabilité et à l'épaisseur de la zonenon saturée.

6.5.2. Calcul de l'index de vulnérabilité

Le calcul de l'index de vulnérabilité intègre une classification des critères j paratti'ibution de note N allant de 1 (peu vulnérable) à 10 (très vulnérable) et un systèmede pondération Pj permettant la hiérarchisation des facteurs physiques en fonctionde leur incidence sur la vulnérabilité de la nappe.

L'index de vulnérabilité IV de chacune des mailles i est donc le suivant

4

Ivi = X!'^^'^J' = '^1-^îi "* Pz'^'s + P3Ni3 + P^.Nmj = 1

Avec, Nij la note atti'ibuée au critère j pour la maille i et Pi le poids respectif du critère j.

La carte obtenue est présentée à la figure suivante. Les zones en blanc correspondentau zones pour les quelles une combinaison de tous les critères nécessaire n'a pu èfa'e

réalisé par absence de données élémentaires



Dordogne

SYNTHÈSE HYDROGÉOLOGIQUE DU DÉPARTEMENT DE LA DORDOGNE

Carte de vulnérabilitéMJJUMSAC

flWOWBPT

CARTE 2e

Carts élaborée p*r /e BRGM

Figure 45 : Synthèse hydrogéologique de la Dordogne, carte de vulnérabilité (rapport BRGM 2003)



La figure suivante présente sur le fond géologique au millionième, les zones nontraitées par la carte de vulnérabilité.

Afin de comparer la carte de vulnérabilitéétablie pour la Synthèse Dordogne et la cartede vulnérabilité proposée pour l'Aquitaine, lacarte de la synthèse a été rapportée à unegrille régulière de cellules de 5 0 0 m de cotépuis comparée aux unités fonctionnellescouvrant approximativement les m ê m e saires. Arbitrairement les classes de couleursont été notées de 0 à 10 selon l'intensité de lateinte dont le dégradé est supposéhomogène .

Figure 46 : Numérisation des donnéesinitiales en une grille de valeurs continues

Les cartes présentées dans la figure suivanteillustrent cette comparaison. Les résultats ont été analysés en rapportant à 5 classesles valeurs obtenues et en mesurant l'écart de vulnérabilité (cf. : tableau suivant)

La méthode simplifiée (IDPR/ZNS) sous-évalue la vulnérabilité par rapportà la méthode Dordogne (2 classes d'amplitude)

La méthode simplifiée (IDPR/ZNS) sous-évalue la vulnérabilité par rapportà la méthode Dordogne (1 classes d'amplitude)

Résultats comparablesLa méthode simplifiée (IDPR/ZNS) surévalue la vulnérabilité par rapport à

la méthode Dordogne (1 classes d'amplitude)La méthode simplifiée (IDPR/ZNS) surévalue la vulnérabilité par rapport à

la méthode Dordogne (2 classes d'amplitude)

Part deszones

3.8%

13.8%

25.4%

48.3%

8.7%



Figure 47 : Comparaison de la carte de vulnérabilité de la Synthèse Dordogne et de la carte de vulnérabilité proposée pour l'Aquitaine

Carte de gauche, la méthode de l'étude de synthèse Dordogne, carte de droite, la méthode IDPR/ZNS.



En règle générale la méthode I D P R / Z N S est pessimiste, elle surévalue la vulnérabilitédes eaux souterraines (d'une classe parmi les cinq représentées) si on la compare à lacarte de la synthèse de la Dordogne établie en 2003.

6.6. COMPARAISON AVEC LA CARTOGRAPHIE DE LA VULNERABILITEDES SYSTEMES AQUIFERES DE L'AQUITAINE (BRGM/RP-52042-FR)

Cette étude confiée au B R G M par la D I R E N Aquitaine et réalisée en 2002 visait àmettre en évidence les bassins hydrographiques ou hydrogéologiques les plussensibles à une pollution et nécessitant prioritairement des propositions d'action. Lacartographie de la vulnérabilité intrinsèque, réalisée à l'échelle du 1/500 000 s'inscrivaitdans le cadre d'un programme de lutte contre les phytosanitaires et constituait uneétape dans l'évaluation des risques de pollution des eaux par ces produits.

Cette carte est présentée dans la figure suivante :

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45 ; Carte de vulnérabilité de la région Aquitaine, étude de 2002



Les critères d'analyse exploités par l'étude de 2002 ont été repris et comparés auxdonnées générées par la nouvelle approche.Ainsi la perméabilité des formations établie par l'analyse bibliographique menée par lasynthèse de 2002 peut elle être comparée à l'indice IDPR calculé.

Figure 49 : Perméabilité des formations Synthèse de 20021 Indice IDPR calculé

D e manière similaire, les profondeurs moyennes des eaux souterraines établies lorsde la synthèse peuvent être comparées à l'épaisseur moyenne de la Z N S calculéepour la carte de vulnérabilité simplifiée et rapportée aux entités B R H F V 1 .

IC

I

WM ^ ^ ^

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< o• 1 1

Figure 50 : Cartes des épaisseurs de la zone non saturée



La comparaison desrésultats de chacune desmailles kilométriques del'étude de synthèsed'Aquitaine avec lesrésultats de la méthodologiesimplifiée donne la cartesuivante

Figure 51 :Comparaison de la

carte de vulnérabilitéde 2002 et celle de laméthode simplifiée

Ecart de plus cfune dasse (sur estimation)Classe de valeur identiqueEcart de ptus d'une dasse (sous estimation)

Les formations des unités et domaines aquifères 562, Molasses du Stampien(sables, marnes, argiles, grès) notées sur la figure précédente A et 120C0,P E R I G O R D S U D C R E T A C E C A M P A N O - M A A S T R I C H T I E N (B), sont surestimées parla méthode simplifiée.Pour les formations du Périgord, l'origine de cet écart est issue d'une perméabilité,estimée par l'IDPR, plus forte que celle attribuée aux formations géologiques par avisd'expert dans l'étude 2002.Pour les Molasses du Stampien la méthode simplifiée suppose une épaisseur plusfaible de la zone non saturée que celle observée dans les molasses du basin du Lot ceque ne distingue pas la carte de 2002.



A contrarío, la vulnérabilité des formations oligocène des Landes en partie Est-Nord-Est paraît sous-estimée alors que les données perméabilité/IDPR et profondeur/ZNSsemblent de m ê m e grandeur. Dans ce cas particulier, cet écart est induit par le critèrelié à la lithologie qui a été pris en compte par la méthode utilisée pour la synthèse D e2002.

»J H

375

ITS

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I» i» H» U0 460 4M SM SB) Mo

X U B I W I m Sud (fan)

F/gure 52 : Carte des formations lithologiques de la région Aquitaine, 2002


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souterraines de ta région Aquitaine.

7. Le système d'information lié à la vulnérabilitédes eaux souterraines de la région Aquitaine

L'ensemble des données cartographiques présentées dans cette étude a été portédans une base de données géographique au format ArcDesktop©.Les entités fonctionnelles composent ainsi une couverture géographique composée depolygones et d'une table attributaire. Les grilles de données relatives à l'Indice dedéveloppement et persistance des réseaux (IDPR) et l'épaisseur moyenne de la zonenon saturée en mètres sont fournies au format Grid d'Arclnfo.

7.1. GEODATABASE « VULNERABILITEAQI.MDB »

La géodatabase VulnerabiliteAQI.mdb est au format M S / A C C E S S 2 0 0 0 © . Elle peutêtre, avec les précautions d'usage, exploitée directement sous le logicielA C C E S S 2 0 0 0 © . Ainsi, à son lancement apparaît le formulaire suivant :

PHYPl FRPOMJ*

Carte de vulnérabilité simplifiéedes eaux souterraines de la

Région Aquitainebrgrn

Typologie des m a s « d'eau LIBRE: ASS LIBRE

JUINCAPTIF ASS_CAPIIf: KARSTIQLJF Mtttr*à|OUrla

ï CMt*

Enr: l«| '

Figure 53 : formulaire Access de calcul de l'indice de vulnérabilité



C e formulaire permet d'établir l'indice de vulnérabilité de chacune des entitésfonctionnelles composant la carte générale. Il présente selon le type de m a s s e d'eausouterraine et ses caractéristiques (14 combinaisons possibles en S N ) , les élémentsdu calcul multicritère.

Typologie des masse d'eau U B R E : ASS LIBRE CAPTIF ASS CAPTIF: KARSTIQUE: Mattre h four lafiT I carte

Figure 54:14 combinaisons typel nature de l'écoulement recensé en régionAquitaine

7.2. CALCULATRICE - CRITERES IDPR ET ZNS

Pour chacune des occurrences présentées, la répartition des valeurs associées aucritère IDPR est présentée sous forme d'un tableau (partie gauche de l'illustration cidessous) et d'un graphique en partie droite. Les valeurs présentées sont celles duscénario retenu dans le cadre de cette étude. Elles sont modifiables mais ellesmodifieront alors la carte de vulnérabilité. Cette possibilité est laissée aux utilisateursfinaux des données de cette étude dans le cadre d'actions particulières ayant pourobjectif de modifier le poids ou l'importance des critères retenus. Les donnéesprésentées dans cette étude se fondent sur les valeurs affectées aux unitésfonctionnelles décrites dans le C D R o m non réinscriptible associé à ce rapport.

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byiHHËïHilFruWLUU.

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Figure 55; Onglet IDPR de ¡a calculatrice de vulnérabilité

La visualisation du critère Z N S se fait en sélectionnant l'onglet Z N S .



D P R OTS |

Crtiètt IDPR ÍGilet« ZIIS "~

»i-ir

100909070 +60SO409020 -I10

X

-

N\

\20 40 «0 80 100

Figure 56 : Onglet ZNS de la calculatrice de vulnérabilité

Le poids relatif des deux critères, pour chacune des 14 occurrences est modifiableavec les précautions d'usage citées ci-dessus.

Critère IDPRCritère ZNS

5050

Figure 57: Définition des poids relatifs des critères IDPR et ZNS

Le résultat des modifications apportées aux paramètres du calcul de la vulnérabilitédes unités fonctionnelles des eaux souterraines de la région Aquitaine est visible aprèsl'activation du bouton de mise à jour des données. . . „ . .

1 Mettiea jour lacarte

Cette action n'est valide que si la base de données n'est plus archivée en m o d e« lecture seule » sur le périphérique de stockage de masse de l'ordinateur hébergeantles données de la carte.

7.3. FICHIERS NUMERIQUES ASSOCIES AU CDROM (annexe 3)

7.3.1. Lesearles

Les cartes présentées sont archivées sur le C D R O M au format PDF dans le répertoireC A R T E S .

• Cartes de vulnérabilité par masses d'eau (cf. exemple figure suivante).• Carte de vulnérabilité de la région Aquitaine au format A O .



7.3.2. Les données

Les données du SIG sont contenues dans le répertoire SIG sous forme d'unegéodatabase contenant :

Les unités fonctionnelles décrites dans ce rapport auxquelles sont jointesles informations résultantes du calcul de vulnérabilité.

o IDPRo ZNSo Poids relatif IDPRo Poids relatif ZNSo Valeur de la vulnérabilitéo Classe de vulnérabilitéo Densité de cavité pour l'unité fonctionnelle considérée

Les données extraites des référentiels courants pour la zone d'étude.o Les zones hydrologiques (BDCarthage© V3).o Les entités hydrogéologiques BDRHF VI.o Les masses d'eau d'ordre de recouvrement égal à 1 .

Les données issues du calcul IDPRo Le réseau des talwegs hiérarchisés selon la classification Strahler.

Elles sont également contenues sous forme de grilles (format ARC/1 nfo Grid) avec :

La grille du modèle numérique de ten'ain au pas de 90 mLa grille de calcul de I'IDPR au pas de 100mLa grille de calcul de la ZNS moyenne au pas de 250m

Ces demières infonnations sont fournies selon deux projections distinctes : Lambert II

étendue et Lambert 93 (répertoires SIG/GRID2E et SIG/GRID93). Concemant lesdonnées vectorielles la projection utilisée est de type Lambert II étendue.

Les données numériques décrites ci-dessus sont foumies aux partenaires de l'étude.Le BRGM détenteur des données du SIG pourra les metfa'e à disposition desutilisateurs sous réserve d'autorisation du MEDD et des conditions généralesd'utilisation.



7.3.2. Les données

Les données du SIG sont contenues dans le répertoire SIG sous forme d'unegéodatabase contenant :

Les unités fonctionnelles décrites dans ce rapport auxquelles sont jointesles informations résultantes du calcul de vulnérabilité.

o IDPRo ZNSo Poids relatif IDPRo Poids relatif ZNSo Valeur de la vulnérabilitéo Classe de vulnérabilitéo Densité de cavité pour l'unité fonctionnelle considérée

Les données extraites des référentiels courants pour la zone d'étude.o Les zones hydrologiques (BDCarthage© V3).o Les entités hydrogéologiques BDRHF VI.o Les masses d'eau d'ordre de recouvrement égal à 1 .

Les données issues du calcul IDPRo Le réseau des talwegs hiérarchisés selon la classification Strahler.

Elles sont également contenues sous forme de grilles (format ARC/1 nfo Grid) avec :

La grille du modèle numérique de ten'ain au pas de 90 mLa grille de calcul de I'IDPR au pas de 100mLa grille de calcul de la ZNS moyenne au pas de 250m

Ces demières infonnations sont fournies selon deux projections distinctes : Lambert II

étendue et Lambert 93 (répertoires SIG/GRID2E et SIG/GRID93). Concemant lesdonnées vectorielles la projection utilisée est de type Lambert II étendue.

Les données numériques décrites ci-dessus sont foumies aux partenaires de l'étude.Le BRGM détenteur des données du SIG pourra les metfa'e à disposition desutilisateurs sous réserve d'autorisation du MEDD et des conditions généralesd'utilisation.



• t ™ Vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines - Région AquitaineEdition de la m a s s e d'eau souterraine n° 5003Catcaim jtnsuquK BV Isfe-Dronne secteurs hydro p6-p7

Scenario50 %IDPR 50 % ZNS

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Figure 58; Exemple de carte de vulnérabilité par masses d'eau d'eau souterraine



Région pilote Aquitaine

Figure 59: Représentation de ¡a carte de vulnérabilité de la Région Aquitaine auformat AO

86 BRGM/RP-55311 -FR - Rapport final


7.3.3. Les documents et programmes

Les documents permettant l'édition automatique des cartes de vulnérabilité par massed'eau souterraine sont fournis sur le CDROM dans le répertoire DocumentsARC. Il

s'agit de fichiers portant l'extension MXD et conservant les programmes VisualBasicpermettant l'automatisation des sorties graphiques

La calculafa-ice du critère de la vulnérabilité est composée d'un fonnulaire ACCESS.Celui-ci est inclus dans la géodatabase décrite au paragraphe précédent.



7.3.3. Les documents et programmes

Les documents permettant l'édition automatique des cartes de vulnérabilité par massed'eau souterraine sont fournis sur le CDROM dans le répertoire DocumentsARC. Il

s'agit de fichiers portant l'extension MXD et conservant les programmes VisualBasicpermettant l'automatisation des sorties graphiques

La calculafa-ice du critère de la vulnérabilité est composée d'un fonnulaire ACCESS.Celui-ci est inclus dans la géodatabase décrite au paragraphe précédent.



8. Conclusion

L'analyse de la vulnérabilité des eaux souten'aines présentée dans cette étude est ditesimplifiée parce qu'elle est fondée sur la combinaison de deux critères {IDPR et ZNS)La combinaison des données géographiques est faite au moyen du logiciel deti'aitement cartographique multicritère ArcGis© et s'apparente à une méthodologie decartographie à index.

L'IDPR pennet de rendre compte indirectement de la capacité intrinsèque du sol àlaisser infiltrer ou misseler les eaux de surface. A l'échelle de la Région Aquitaine, lacartographie de cet indice est conforme au comportement attendu des grandes régionsgéologiques avec une répartition qui souligne la disposition à l'infilfa'ation des ten'ainsnaturels des domaines sédimentaires et le conti'aste observé entre les domaines post¬orogéniques et les formations du socle.

La b'ansition de I'IDPR vers la notion de vulnérabilité se fait avec l'exploitation dualtère lié à l'épaisseur de la ZNS. Ce critère permet de hiérarchiser la cible eausouterraine selon la distance à parcourir depuis la surface des terrains naturelsjusqu'au milieu saturé. Ainsi la vulnérabilité des eaux souten'aines est plus importantedans les vallées (par la faible épaisseur de la zone non saturée). Plus généralement,dans le domaine sédimentaire, le critère lié à l'épaisseur de la zone non saturéeconditionne à part égale avec I'IDPR l'indice de vulnérabilité des eaux souterraines.Dans le domaine du socle, le poids relatif du altère ZNS est plus difficile àappréhender compte tenu de la présence supposée ubiquiste des nappes perchéesdes altérites.

De nombreuses applications sont possibles en matière de gestion et de surveillancedes eaux soutenraines. Il est possible, entre autres, de pouvoir trier et hiérarchiser lesInstallations Classées et les sites inscrits dans BASOL (sites pollués ou susceptiblesd'être pollués faisant l'objet d'une action de l'administration) situés dans les secteursles plus vulnérables en leur attribuant des classes de vulnérabilité. Ces applicationsrépondent à différents besoins tels que programme de mise en banque des donnéesqualité acquises dans le cadre de l'auto surveillance des sites et programmes desurveillance et de contrôle opérationnel qualitatif des masses d'eau prévues par laDirective Cadre sur l'Eau pour les pollutions ponctuelles.

Dans le cadre de ce programme, les métiiodes de calcul et de combinaison desaitères IDPR (50 %) et ZNS (50 %) de la carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiéedécrite dans ce rapport ont été appliquées autour d'Installations Classées et de sitesBASOL sélectionnés et géolocalisés par la DRIRE de la région Aquitaine. Les résultatsont montré que 62 % de ces 655 sites sont classés dans des zones fortementvulnérables. Parmi ceux-ci, 310 sites font l'objet d'une surveillance des eauxsouten'aines et d'un programme de bancarisation des données dans la banque dedonnées nationale ADES (portail fédérant l'ensemble des informations quantitatives etqualitatives sur les eaux souterraines). L'application des critères a permis de



8. Conclusion

L'analyse de la vulnérabilité des eaux souten'aines présentée dans cette étude est ditesimplifiée parce qu'elle est fondée sur la combinaison de deux critères {IDPR et ZNS)La combinaison des données géographiques est faite au moyen du logiciel deti'aitement cartographique multicritère ArcGis© et s'apparente à une méthodologie decartographie à index.

L'IDPR pennet de rendre compte indirectement de la capacité intrinsèque du sol àlaisser infiltrer ou misseler les eaux de surface. A l'échelle de la Région Aquitaine, lacartographie de cet indice est conforme au comportement attendu des grandes régionsgéologiques avec une répartition qui souligne la disposition à l'infilfa'ation des ten'ainsnaturels des domaines sédimentaires et le conti'aste observé entre les domaines post¬orogéniques et les formations du socle.

La b'ansition de I'IDPR vers la notion de vulnérabilité se fait avec l'exploitation dualtère lié à l'épaisseur de la ZNS. Ce critère permet de hiérarchiser la cible eausouterraine selon la distance à parcourir depuis la surface des terrains naturelsjusqu'au milieu saturé. Ainsi la vulnérabilité des eaux souten'aines est plus importantedans les vallées (par la faible épaisseur de la zone non saturée). Plus généralement,dans le domaine sédimentaire, le critère lié à l'épaisseur de la zone non saturéeconditionne à part égale avec I'IDPR l'indice de vulnérabilité des eaux souterraines.Dans le domaine du socle, le poids relatif du altère ZNS est plus difficile àappréhender compte tenu de la présence supposée ubiquiste des nappes perchéesdes altérites.

De nombreuses applications sont possibles en matière de gestion et de surveillancedes eaux soutenraines. Il est possible, entre autres, de pouvoir trier et hiérarchiser lesInstallations Classées et les sites inscrits dans BASOL (sites pollués ou susceptiblesd'être pollués faisant l'objet d'une action de l'administration) situés dans les secteursles plus vulnérables en leur attribuant des classes de vulnérabilité. Ces applicationsrépondent à différents besoins tels que programme de mise en banque des donnéesqualité acquises dans le cadre de l'auto surveillance des sites et programmes desurveillance et de contrôle opérationnel qualitatif des masses d'eau prévues par laDirective Cadre sur l'Eau pour les pollutions ponctuelles.

Dans le cadre de ce programme, les métiiodes de calcul et de combinaison desaitères IDPR (50 %) et ZNS (50 %) de la carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiéedécrite dans ce rapport ont été appliquées autour d'Installations Classées et de sitesBASOL sélectionnés et géolocalisés par la DRIRE de la région Aquitaine. Les résultatsont montré que 62 % de ces 655 sites sont classés dans des zones fortementvulnérables. Parmi ceux-ci, 310 sites font l'objet d'une surveillance des eauxsouten'aines et d'un programme de bancarisation des données dans la banque dedonnées nationale ADES (portail fédérant l'ensemble des informations quantitatives etqualitatives sur les eaux souterraines). L'application des critères a permis de


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux soutenaines de la région Aquitaine.

hiérarchiser les sites retenus en priorité pour faire l'objet de ce programme mis enoeuvre en 2007.

Sur la base de ce travail fait à l'échelle de la région Aquitaine, une cartographie plusprécise de la vulnérabilité associée à une carte de sensibilité (occupation du sol,typologie selon caractère polluant de l'activité) pennettrait de dresser une carte d'aléadans les zones déjà définies comme très vulnérables et présentant un véritable enjeu.Dans le cadre de la préservation de la qualité des ressources en eaux, ceciconstituerait un véritable outil de réflexion à une échelle plus locale.

Enfin I'IDPR qui représente une fonction de fa-ansfert vers les eaux souterraines ou leseaux superficielles peut également être exploité dans le cadre d'études de vulnérabilitéde ces demières. L'illustration suivante montre ainsi une piste d'investigation possiblede la vulnérabilité des eaux superficielles en analysant I'IDPR à l'échelle de bassinsversants et en modifiant la charte des couleurs utilisées pour rendre compte de sesvariations.


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux soutenaines de la région Aquitaine.

hiérarchiser les sites retenus en priorité pour faire l'objet de ce programme mis enoeuvre en 2007.

Sur la base de ce travail fait à l'échelle de la région Aquitaine, une cartographie plusprécise de la vulnérabilité associée à une carte de sensibilité (occupation du sol,typologie selon caractère polluant de l'activité) pennettrait de dresser une carte d'aléadans les zones déjà définies comme très vulnérables et présentant un véritable enjeu.Dans le cadre de la préservation de la qualité des ressources en eaux, ceciconstituerait un véritable outil de réflexion à une échelle plus locale.

Enfin I'IDPR qui représente une fonction de fa-ansfert vers les eaux souterraines ou leseaux superficielles peut également être exploité dans le cadre d'études de vulnérabilitéde ces demières. L'illustration suivante montre ainsi une piste d'investigation possiblede la vulnérabilité des eaux superficielles en analysant I'IDPR à l'échelle de bassinsversants et en modifiant la charte des couleurs utilisées pour rendre compte de sesvariations.



9. Bibliographie

CoriDier.P., Mardhel.V., 2003 - Carte de vulnérabilité simplifiée des bassins versants dela région Pays de la Loire. Rapport BRGM/RP-53106-FR

Deffontaines B., (1990)- Développement d'une mètiiodologie morphonéotectonique -Analyse des surfaces enveloppes du réseau hydrographique et des MNT, Thèse,Université Paris VI, 225 pages, 1990.

Fairfield J. et Leymarie P., 1991- Drainage networi<s from grid Dgital Elevation Models.Water ressources Research, pp 709-717.

Gogu R.C., Dassargues A., 2000 - Cun'ent trends and future challenges in groundwatervulnerability assesment using overiay and index methods, Environmental Geology, 39(6), April, Springer-Veriag.

Gravier A., Koch-Mathian J-Y, Mardhel V. et Nowak C, 2006 - Croisement desdonnées des sites BASOL avec la vulnérabilité simplifiée des nappes du bassin Seine-Normandie, rapport de synthèse, BRGM/RP-54257-FR,

Jenson, S.K, et Domingue, J.O. 1998 - Extracting topographie stmctures from digitalelevation data for geographic information system analysis. Photogrammetricengineering and remote sensing, pp 1593-1600.

Kim W.G. 1978 - Analyse cartographique du bassin de Nak-Dong (Corée), Thèse,Université Bordeaux I, 95 pages, 1978.

Lacroix M., Martz L.W., Kite G.W. and Garbrecht J. 2002 - Using digital ten'ain analysismodelling techniques for tiie parameterization of a hydrologie model. EnvironmentalModelling and Software

Lawrence W. Martz and Jurgen Garbrecht, 1993 - Automated Extraction of DrainageNetwork and Watershed Data From Digital Elevation Models Volume 29, No. 6, pp.901-908, December 1993Machard de Gramont H., Mardhel V., Pointet T., Schomburgk S., en collaboration avecCaous J-Y., Caudron M., Cerisier P., David-Rouxel E., Equilbey E., Ghyselinck M.,Jauffret D., Maget Ph., Marchais E., 2003 - Etude de sensibilité aux remontées denappes - Métiiodologie et application à 20 secteurs tests de France méfa'opolitaine.Rapport BRGM/RP-52340-FR

Mardhel V., Gravier A., Koch-Mathian J-Y., Nowak C, Tenreyre J-L, Raguet M.,Gamier C. - Cartographie de la vulnérabilité simplifiée des eaux souterraines du BassinSeine-Nonnandie. Application aux sites BASOL, colloque international Gestion desgrands aquifères, 30 mai-1°^ juin 2006, Dijon, France



9. Bibliographie

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Deffontaines B., (1990)- Développement d'une mètiiodologie morphonéotectonique -Analyse des surfaces enveloppes du réseau hydrographique et des MNT, Thèse,Université Paris VI, 225 pages, 1990.

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Lacroix M., Martz L.W., Kite G.W. and Garbrecht J. 2002 - Using digital ten'ain analysismodelling techniques for tiie parameterization of a hydrologie model. EnvironmentalModelling and Software

Lawrence W. Martz and Jurgen Garbrecht, 1993 - Automated Extraction of DrainageNetwork and Watershed Data From Digital Elevation Models Volume 29, No. 6, pp.901-908, December 1993Machard de Gramont H., Mardhel V., Pointet T., Schomburgk S., en collaboration avecCaous J-Y., Caudron M., Cerisier P., David-Rouxel E., Equilbey E., Ghyselinck M.,Jauffret D., Maget Ph., Marchais E., 2003 - Etude de sensibilité aux remontées denappes - Métiiodologie et application à 20 secteurs tests de France méfa'opolitaine.Rapport BRGM/RP-52340-FR

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Mardhel V. et Gravier A., 2005 - Carte de vulnérabilité simplifiée du bassin Seine-Nonnandie. Rapport BRGM/RP- 54148-FR

Mardhel V. , Frantar P., Uhan J., Miáo A., 2004 - Index of development and persistenceof tiie river networi<s as a component of regional groundwater vulnerability assessmentin Slovenia. .International conference on groundwater vulnerability assessment andmapping. Ustroñ, Poland, 15-18 June 2004., Poland 15 to 18 June 2004.

Nowak C. et Mardhel V, 2005 - Croisement des données des sites pollués, oususceptibles de l'être, de l'outil BASOL et des données sur les nappes du bassinSeine-Normandie, rapport intennédiaire BRGM/RP-53253-FR.

Pmd'homme R., 1972 - Analyse morphostmcturale appliquée en Aquitaine occidentaleet au golfe de Gascogne - Définition d'une méthodologie cartographique interprétative.Thèse, Université Bordeaux I, 364 pages, 1972.

Razianoff S. 1989- Extraction et analyse automatique des réseaux à partir de MNT,Thèse, Université Paris VII, 89 pages, 1989.

Schnebelen N., Platel J.P., Le Nindre Y.M., et Baudry D et al 2002 - Gestion des eauxsouterraines en Aquitaine Année 5. Opération sectorielle. Protection de la nappe del'Oligocène en région bordelaise - Rapport BRGM/RP-51178-FR.

Zaporozec A., and Vrba J., 1994 - Classification and review of groundwater andvulnerability maps. In Vrba and Zaporozec (Editors), Guidebook on mappingGroundwater vulnerability. lAH, Veriag Heinz Heise, Hannover, pp.21-19.



Mardhel V. et Gravier A., 2005 - Carte de vulnérabilité simplifiée du bassin Seine-Nonnandie. Rapport BRGM/RP- 54148-FR

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Pmd'homme R., 1972 - Analyse morphostmcturale appliquée en Aquitaine occidentaleet au golfe de Gascogne - Définition d'une méthodologie cartographique interprétative.Thèse, Université Bordeaux I, 364 pages, 1972.

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Zaporozec A., and Vrba J., 1994 - Classification and review of groundwater andvulnerability maps. In Vrba and Zaporozec (Editors), Guidebook on mappingGroundwater vulnerability. lAH, Veriag Heinz Heise, Hannover, pp.21-19.



Annexe 1

Méthodes existantes de cartographie de lavulnérabilité des aquifères



Annexe 1

Méthodes existantes de cartographie de lavulnérabilité des aquifères



De nombreuses méthodes de détermination de la vulnérabilité des eaux souterrainesont été développées dans le monde, allant des plus complexes avec des modèlesprenant en compte les processus physiques, chimiques et biologiques dans la zonenoyée, à des métiiodes de pondération entre différents critères affectant la vulnérabilité(Gogu et Dassargues, 1998 b).

Elles peuvent être classées en trois grandes catégories :

Les méthodes de cartographies à index basées sur la combinaison decartes de divers paramètres d'une région (critères de vulnérabilité), endonnant un index numérique ou une valeur à chaque paramètre. Lacombinaison des cartes se fait au moyen de logiciels de ti'aitementmulticritères (SIG, par exemple) ;

Les modèles de simulation : ils consistent à trouver une solution numériqueà des équations mathématiques représentant le processus de transfert decontaminants (Schnebelen 2002). Ils donnent une image de vulnérabilitéspécifique de la nappe ;

Les méthodes statistiques : elles sont basées sur une variable qui dépendde la concentration en contaminant ou d'une probabilité de contamination. Cesméthodes intègrent des données sur la distribution des contaminants sur lazone d'étude et foumissent des caractéristiques sur les probabilités decontamination sur la zone d'étude. Elles donnent une image de la vulnérabilitéspécifique de la nappe.

Les méthodes de cartographie à index comportent deux types d'approche : lessystèmes hiérarchisés et les systèmes paramétrés. (N. Schnebelen et al., 2002)

La méthode des systèmes hiérarchisés est basée sur la comparaison d'unezone donnée avec les aitères représentants les conditions de vulnérabilitéd'autres zones (auti'es bassins ou autres systèmes aquifères). Elle estgénéralement utilisée pour évaluer la vulnérabilité de contexteshydrogéologiques variés à moyenne ou grande échelle (régionale ounationale) ;

La métiiode des systèmes paramétrés repose sur la sélection de paramètres(ou critères) considérés comme représentatifs pour estimer la vulnérabilitéd'une eau souterraine. Chaque critère a une gamme de variation naturelledéfinie qui est subdivisée en intervalles discrétisés et hiérarchisés. Un indexest attribué à chaque intervalle, reflétant le degré de sensibilité relatif à unecontamination. Les systèmes paramétrés peuvent être classés en troisprincipaux groupes : systèmes matriciels, systèmes indexés et métiiodes depondération et d'indexation des paramèb'es. Chacun est adapté à un objectifdifférent : respectivement, petite échelle d'étude, échelle moyenne d'étude,mais non prise en compte de l'importance relative des critères de vulnérabilité,échelle moyenne d'étude et prise en compte de l'importance relative descritères de vulnérabilité.



De nombreuses méthodes de détermination de la vulnérabilité des eaux souterrainesont été développées dans le monde, allant des plus complexes avec des modèlesprenant en compte les processus physiques, chimiques et biologiques dans la zonenoyée, à des métiiodes de pondération entre différents critères affectant la vulnérabilité(Gogu et Dassargues, 1998 b).

Elles peuvent être classées en trois grandes catégories :

Les méthodes de cartographies à index basées sur la combinaison decartes de divers paramètres d'une région (critères de vulnérabilité), endonnant un index numérique ou une valeur à chaque paramètre. Lacombinaison des cartes se fait au moyen de logiciels de ti'aitementmulticritères (SIG, par exemple) ;

Les modèles de simulation : ils consistent à trouver une solution numériqueà des équations mathématiques représentant le processus de transfert decontaminants (Schnebelen 2002). Ils donnent une image de vulnérabilitéspécifique de la nappe ;

Les méthodes statistiques : elles sont basées sur une variable qui dépendde la concentration en contaminant ou d'une probabilité de contamination. Cesméthodes intègrent des données sur la distribution des contaminants sur lazone d'étude et foumissent des caractéristiques sur les probabilités decontamination sur la zone d'étude. Elles donnent une image de la vulnérabilitéspécifique de la nappe.

Les méthodes de cartographie à index comportent deux types d'approche : lessystèmes hiérarchisés et les systèmes paramétrés. (N. Schnebelen et al., 2002)

La méthode des systèmes hiérarchisés est basée sur la comparaison d'unezone donnée avec les aitères représentants les conditions de vulnérabilitéd'autres zones (auti'es bassins ou autres systèmes aquifères). Elle estgénéralement utilisée pour évaluer la vulnérabilité de contexteshydrogéologiques variés à moyenne ou grande échelle (régionale ounationale) ;

La métiiode des systèmes paramétrés repose sur la sélection de paramètres(ou critères) considérés comme représentatifs pour estimer la vulnérabilitéd'une eau souterraine. Chaque critère a une gamme de variation naturelledéfinie qui est subdivisée en intervalles discrétisés et hiérarchisés. Un indexest attribué à chaque intervalle, reflétant le degré de sensibilité relatif à unecontamination. Les systèmes paramétrés peuvent être classés en troisprincipaux groupes : systèmes matriciels, systèmes indexés et métiiodes depondération et d'indexation des paramèb'es. Chacun est adapté à un objectifdifférent : respectivement, petite échelle d'étude, échelle moyenne d'étude,mais non prise en compte de l'importance relative des critères de vulnérabilité,échelle moyenne d'étude et prise en compte de l'importance relative descritères de vulnérabilité.



Les méthodes de cartographie à index avec pondération des critères (Point CountSystems Models, PCSM) sont les plus pertinentes vis à vis des réalités de terrain dufait de la prise en compte de l'importance relative de chaque critère vis-à-vis de lavulnérabilité générale de la nappe. Ce sont aussi les plus reconnues et utilisées àl'heure actuelle (Gogu et Dassargues 2000 ; Zaporozec et Vrba 1994).Différentes méthodes développées et normalisées sont présentées ci-après, les deuxpremières méthodes présentées sont spécifiques du milieu karstique, elles sont citéespour mémoire car le milieu qui nous concerne est de type poreux/fracturé.

EPIK : C'est la première méthode dédiée spécifiquement aux aquifères karstiquessensus-stricto (Doerfliger, 1996 ; Doerfliger et Zwahlen, 1997). Elle est basée surquati'e critères : Epikarst ; Protective Cover (couverture protecfa-ice : sol) ; InfiltrationConditions (conditions d'infilti'ation) ; Karst network development (développement duréseau karstique).

RISKE : Cette méthode s'inspire de la méthode suisse EPIK en raison de sa spécificitékarstique. RISKE est un acronyme qui reprend les initiales des 5 critères pris encompte : Roche aquifère, Infiltration, Sol, Karstification, Epikarst (Petelet-Giraud et al.,2000).

DISCO : La méthode "DISCO" (discontinuités - couverture protecfa-ice) a pour but dedéfinir les zones de protection en tenant compte de l'hétérogénéité du milieu. Troisparamèti'es sont nécessaires et suffisants pour évaluer le transport d'un polluant d'unpoint quel conque du bassin d'alimentation jusqu'à son arrivée au captage : leparamèti-e "discontinuités" ; le paramètre "couverture protectrice" ; le paramètre"missellement" englobe les phénomènes d'écoulement de l'eau en surface avant soninfiltration (missellement de pente, cours d'eau permanents ou temporaires).

GOD : Ce système a été développé par Foster en 1987. Il présente la vulnérabilité del'aquifère face à la percolation verticale de polluants à ti'avers la zone non saturée etne traite pas de la migration latérale des polluants dans la zone saturée.Cette méthode est basée sur l'identification de trois critères :Type de nappe(Groundwater occunrence) ; Type d'aquifère en ternies de facteurs lithologiques(Overall aquifer class) ; Profondeur de la nappe (Depth to groundwater table).

DRASTIC : La méthode DRASTIC a été mise au point par l'EPA (EnvironmentalProtection Agency) aux Etats-Unis en 1985 et Aller ef al. en 1987, afin d'estimer lepotentiel de pollution des eaux souten'aines (Schnebelen et al., 2002). Elle pennetd'évaluer la vulnérabilité verticale en se basant sur sept critères : D : Depth togroundwater (distance à la nappe, épaisseur de la zone non saturée) ; R : Recharge(recharge) ; A : Aquifer media (nature de la zone saturée) ; S : Soil media (nature dusol) ; T : Topographie (topographie, pente en %) ;l : Impact of the vadose zone (naturede la zone non saturée) ; C : Conductivity (pemnéabilité de l'aquifère). La méthodeDRASTIC est principalement utilisée pour la cartographie à petite échelle (Lyakhloufi efal. 1999).

SINTACS : La méthode SINTACS est dérivée de la méthode DRASTIC. Elle a étédéveloppée en Italie, au début des années 1990, de manière à s'adapter à la



Les méthodes de cartographie à index avec pondération des critères (Point CountSystems Models, PCSM) sont les plus pertinentes vis à vis des réalités de terrain dufait de la prise en compte de l'importance relative de chaque critère vis-à-vis de lavulnérabilité générale de la nappe. Ce sont aussi les plus reconnues et utilisées àl'heure actuelle (Gogu et Dassargues 2000 ; Zaporozec et Vrba 1994).Différentes méthodes développées et normalisées sont présentées ci-après, les deuxpremières méthodes présentées sont spécifiques du milieu karstique, elles sont citéespour mémoire car le milieu qui nous concerne est de type poreux/fracturé.

EPIK : C'est la première méthode dédiée spécifiquement aux aquifères karstiquessensus-stricto (Doerfliger, 1996 ; Doerfliger et Zwahlen, 1997). Elle est basée surquati'e critères : Epikarst ; Protective Cover (couverture protecfa-ice : sol) ; InfiltrationConditions (conditions d'infilti'ation) ; Karst network development (développement duréseau karstique).

RISKE : Cette méthode s'inspire de la méthode suisse EPIK en raison de sa spécificitékarstique. RISKE est un acronyme qui reprend les initiales des 5 critères pris encompte : Roche aquifère, Infiltration, Sol, Karstification, Epikarst (Petelet-Giraud et al.,2000).

DISCO : La méthode "DISCO" (discontinuités - couverture protecfa-ice) a pour but dedéfinir les zones de protection en tenant compte de l'hétérogénéité du milieu. Troisparamèti'es sont nécessaires et suffisants pour évaluer le transport d'un polluant d'unpoint quel conque du bassin d'alimentation jusqu'à son arrivée au captage : leparamèti-e "discontinuités" ; le paramètre "couverture protectrice" ; le paramètre"missellement" englobe les phénomènes d'écoulement de l'eau en surface avant soninfiltration (missellement de pente, cours d'eau permanents ou temporaires).

GOD : Ce système a été développé par Foster en 1987. Il présente la vulnérabilité del'aquifère face à la percolation verticale de polluants à ti'avers la zone non saturée etne traite pas de la migration latérale des polluants dans la zone saturée.Cette méthode est basée sur l'identification de trois critères :Type de nappe(Groundwater occunrence) ; Type d'aquifère en ternies de facteurs lithologiques(Overall aquifer class) ; Profondeur de la nappe (Depth to groundwater table).

DRASTIC : La méthode DRASTIC a été mise au point par l'EPA (EnvironmentalProtection Agency) aux Etats-Unis en 1985 et Aller ef al. en 1987, afin d'estimer lepotentiel de pollution des eaux souten'aines (Schnebelen et al., 2002). Elle pennetd'évaluer la vulnérabilité verticale en se basant sur sept critères : D : Depth togroundwater (distance à la nappe, épaisseur de la zone non saturée) ; R : Recharge(recharge) ; A : Aquifer media (nature de la zone saturée) ; S : Soil media (nature dusol) ; T : Topographie (topographie, pente en %) ;l : Impact of the vadose zone (naturede la zone non saturée) ; C : Conductivity (pemnéabilité de l'aquifère). La méthodeDRASTIC est principalement utilisée pour la cartographie à petite échelle (Lyakhloufi efal. 1999).

SINTACS : La méthode SINTACS est dérivée de la méthode DRASTIC. Elle a étédéveloppée en Italie, au début des années 1990, de manière à s'adapter à la



cartographie à plus grande échelle compte tenu de la grande diversité hydrogéologiquede l'Italie (Petelet etal., 2000). Les paramètres de caractérisation de la vulnérabilité quiont été retenus dans cette approche sont les mêmes que ceux de la méthodeDRASTIC, soit en italien : S : Soggiacenza (profondeur de la nappe) ; I : Infilfa'azione(infilfa'ation) ; N : Azione del Non Saturo (fonction de la zone non saturée) ; T : Tipologíadélia Copertura (sol) ; A : Carratteri Idrogeologici dell' Acquifero (caractéristiquehydrogéologiques de l'aquifère) ; C : Conducibilita Idraulica (conductivité hydraulique) ;

S : Acclività délia Superficie Topographica (pente moyenne de la surfacetopographique).Confa'airement à DRASTIC, la métiiode SINTACS permet d'utiliser, en même temps etdans des cellules différentes, des facteurs de pondération variables selon les situations(Schnebelen et al., 2002).

Autres méthodes :

Z. Alamy et C. Langevin (1989) procèdent à une analyse détaillée de la couverture desol (Lallemand-Barrès, 1994). Les facteurs et critères retenus par ces auteurs, ainsique la notation et le poids attribués aux aitères sont résumés dans le tableau ci-après.

Tableau 3 : Paramètres valeur et poids retenus pour l'élaboration d'une carte devulnérabilité (Alamy, Langevin, 1989).

Dans le cadre d'une application à la nappe de la craie dans le secteur de Guiñes (Pas-de-Calais), J. Ricour (1988) propose les paramètres suivants comme critères pourl'élaboration de la carte de vulnérabilité. La carte de vulnérabilité obtenue estsuperposée à des facteurs à caractère évolutif ayant trait à l'occupation des sols pourconstituer une carte de sensibilité aux risques de pollution (Lallemand-Barrès, 1994).

Ctnc

vu]n£nbiUU

Cl nede

icn&ibilit¿

PtnmtmIjihologic clrecouvre me ni

Topognphic

Profondeur du

niveiu tout le toiZone (recturê

Typologie de

roccup«tioadu sol

(urbjfiiubon,rrwlci. (!r>rí(s ..)

Poiât xlobtl

1

0^

0.5

1

Superpositionpar cUsi«l U cirte

deWiln^rahilllj

Echelle de vu

Arjilenir ente

0Pcnie > 10 %

1

prDrondeur>30 m

!

Zone linâm

Torèts, friche

nínSililí croÍ9%anie ci

Alluvioniur enie

1

S < pente £ 10 %

2

15<pfofoiiileuf<30 m

2

midf relatifs de chaque p«nn«èlre -* +

limonssur cr«i«

7

1 < pente £ S %

3

5^prorofldcur£15 m

3

Craie enafTIeuremeni

3

pem* il %

4

profondcurjj m

4

eiHjire iiiKeptihtc de eorretpondre k det zonea fncturjei

Í

1

CIbsm 2

milieu «encoleet marécageux

Cluse 3

milieu urbain ctindustnel, roules,

carriîrec. d^chsrfres...

Tableau 4 : Paramètres pris en compte dans l'élaboration des cartes de vulnérabilité etde sensibilité du milieu souterrain aux risques de pollution (Ricour, 1988).

S. Munoz (1989) et S. Munoz, C. Langevin (1991), pour élaborer les cartes devulnérabilité au Guatemala, retiennent les paramètres présenté dans le tableau ci-après.



cartographie à plus grande échelle compte tenu de la grande diversité hydrogéologiquede l'Italie (Petelet etal., 2000). Les paramètres de caractérisation de la vulnérabilité quiont été retenus dans cette approche sont les mêmes que ceux de la méthodeDRASTIC, soit en italien : S : Soggiacenza (profondeur de la nappe) ; I : Infilfa'azione(infilfa'ation) ; N : Azione del Non Saturo (fonction de la zone non saturée) ; T : Tipologíadélia Copertura (sol) ; A : Carratteri Idrogeologici dell' Acquifero (caractéristiquehydrogéologiques de l'aquifère) ; C : Conducibilita Idraulica (conductivité hydraulique) ;

S : Acclività délia Superficie Topographica (pente moyenne de la surfacetopographique).Confa'airement à DRASTIC, la métiiode SINTACS permet d'utiliser, en même temps etdans des cellules différentes, des facteurs de pondération variables selon les situations(Schnebelen et al., 2002).

Autres méthodes :

Z. Alamy et C. Langevin (1989) procèdent à une analyse détaillée de la couverture desol (Lallemand-Barrès, 1994). Les facteurs et critères retenus par ces auteurs, ainsique la notation et le poids attribués aux aitères sont résumés dans le tableau ci-après.

Tableau 3 : Paramètres valeur et poids retenus pour l'élaboration d'une carte devulnérabilité (Alamy, Langevin, 1989).

Dans le cadre d'une application à la nappe de la craie dans le secteur de Guiñes (Pas-de-Calais), J. Ricour (1988) propose les paramètres suivants comme critères pourl'élaboration de la carte de vulnérabilité. La carte de vulnérabilité obtenue estsuperposée à des facteurs à caractère évolutif ayant trait à l'occupation des sols pourconstituer une carte de sensibilité aux risques de pollution (Lallemand-Barrès, 1994).

Ctnc

vu]n£nbiUU

Cl nede

icn&ibilit¿

PtnmtmIjihologic clrecouvre me ni

Topognphic

Profondeur du

niveiu tout le toiZone (recturê

Typologie de

roccup«tioadu sol

(urbjfiiubon,rrwlci. (!r>rí(s ..)

Poiât xlobtl

1

0^

0.5

1

Superpositionpar cUsi«l U cirte

deWiln^rahilllj

Echelle de vu

Arjilenir ente

0Pcnie > 10 %

1

prDrondeur>30 m

!

Zone linâm

Torèts, friche

nínSililí croÍ9%anie ci

Alluvioniur enie

1

S < pente £ 10 %

2

15<pfofoiiileuf<30 m

2

midf relatifs de chaque p«nn«èlre -* +

limonssur cr«i«

7

1 < pente £ S %

3

5^prorofldcur£15 m

3

Craie enafTIeuremeni

3

pem* il %

4

profondcurjj m

4

eiHjire iiiKeptihtc de eorretpondre k det zonea fncturjei

Í

1

CIbsm 2

milieu «encoleet marécageux

Cluse 3

milieu urbain ctindustnel, roules,

carriîrec. d^chsrfres...

Tableau 4 : Paramètres pris en compte dans l'élaboration des cartes de vulnérabilité etde sensibilité du milieu souterrain aux risques de pollution (Ricour, 1988).

S. Munoz (1989) et S. Munoz, C. Langevin (1991), pour élaborer les cartes devulnérabilité au Guatemala, retiennent les paramètres présenté dans le tableau ci-après.


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souten-aines de la région Aquitaine.

VulnfrakiW ti«iuMU : bou

KufKAht^ica

Densltf de drainage

Tableau 5 : Paramètres pris en compte dans l'élaboration de la carte vulnérabilité(valeur finale = valeur initiale * poids global) (Munoz, Langevin, 1991).

Dans l'étude de M.F. Suais (1990) où les critères de vulnérabilité sont assimilés auxcritères d'évaluation desrisques de pollution, on peutretenir la proposition denouveaux critères relatifs auxsols, qui sont des critères nonplus stables, mais variablesdans le temps ou parintervention humaine, tels quedegré d'imperméabilisation,densité et nature du couvertvégétal et densité de drainage(cf figure ci-conti'e).

Figure : Critères relatifs à lasurface du sol (M.F. Suais etal., 1990)

ZoManluvfc*

Essísí

Vulodlnbiliii cnNiMiM t eota

2

I

0

du. <lr.,.Pnab.

4'lill dftiA d'wA dmn

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2

I_

0< i%

BO*.

}> 10* > 10*


Carte de vulnérabilité intrinsèque simplifiée des eaux souten-aines de la région Aquitaine.

VulnfrakiW ti«iuMU : bou

KufKAht^ica

Densltf de drainage

Tableau 5 : Paramètres pris en compte dans l'élaboration de la carte vulnérabilité(valeur finale = valeur initiale * poids global) (Munoz, Langevin, 1991).

Dans l'étude de M.F. Suais (1990) où les critères de vulnérabilité sont assimilés auxcritères d'évaluation desrisques de pollution, on peutretenir la proposition denouveaux critères relatifs auxsols, qui sont des critères nonplus stables, mais variablesdans le temps ou parintervention humaine, tels quedegré d'imperméabilisation,densité et nature du couvertvégétal et densité de drainage(cf figure ci-conti'e).

Figure : Critères relatifs à lasurface du sol (M.F. Suais etal., 1990)

ZoManluvfc*

Essísí

Vulodlnbiliii cnNiMiM t eota

2

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du. <lr.,.Pnab.

4'lill dftiA d'wA dmn

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Annexe 2

Les méthodes d'interpolation



Annexe 2

Les méthodes d'interpolation



Le but de l'interpolation est d'obtenir un maillage régulier de valeurs à partir dedonnées échantillonnées selon un plan aléatoire. Il existe deux approches, l'une estdéterministe, l'autre probabiliste.

L'approche déterministe :Elle correspond, par exemple, à la méthode de l'inverse des distances au carré (IDW).Chaque valeur de la grille à interpoler est calculée c o m m e étant la moyenne (M)pondérée des observations existantes (PJ. Cette moyenne est ici déterminée à partirdes douze plus proches voisins. Le facteur de pondération correspond à l'inverse de ladistance élevé à une puissance a .

1 2 3Interpolation par méthode IDW d'une surface à partir d'un semis de points.

1 : Surface réelle. 2 : Surface obtenue par interpolation I D W . 3 : Comparaison entre lesdeux surfaces.

Le risque d'erreur d'interpolation correspond aux régions où la densité d'information estinégalement répartie ou faible, ainsi que les zones où la géomorphologie changebrutalement. Ces aires coïncident avec les zones d'interfluves et les régions de socle,les territoires les mieux simulés se trouvent aux endroits les plus exploités(majoritairement le long des cours d'eau).

L'approche probabiliste :

Le krigeage est une interpolation qui estime les valeurs aux points non échantillonnéspar une combinaison de données (Figure 24). La pondération des points est réaliséepar une fonction de structure issue des données. Il est donc tenu compte desdistances, des valeurs et des corrélations. C'est une technique de calcul de moyennesmobiles utilisant les paramètres d'un variogramme pour obtenir une bonne estimation



de la relation entre les points de données. Le van og ram m e correspond à l'évolution dela semi-variance en fonction du décalage entre les points.

y : Semi-variance (Variogramme)h : Distance entre deux valeurs observéesZ * et Z+h : Décomptes des échantillons séparés par le vecteur de décalage hN h Nombre de paires d'échantillons séparées par le vecteur h.

2JV*Le krigeage en un point de l'espace s'écrit c o m m e une combinaison linéaire des pointsvoisins.A4 ¡Coefficient de corrélation

L'objectif est de trouver les valeurs de h telles que Z * soit de variance minimale. Lacontrainte suivante en est déduite :

/ 1

<íVJ1 2 3

Interpolation par krigeage d'une surface à partir d'un semis de points

1 : Surface réelle, 2 : Surface obtenue par krigeage, 3 : Comparaison entre les deuxsurfaces.



Annexe 3

Contenu du CDROM

Le Cdrom contient les données exploitées dans le cadre de cette étude. Elles sontprésentées sous forme de documents disponibles à l'impression (format .pdf) et dedocuments numériques issus du fonds SIG de l'étude.

I - documents disponibles à l'impression

II s'agit des informations contenues dans les répertoires R E S U L T A T S Leur lecturenécessite le logiciel Adobe Acrobat Reader, libre d'usage et dont on peut téléchargerl'application sur le site http://www.adobe.fr

2 - documents et fonds SIG

Ces informations sont contenues dans le répertoire SIG, elles se présentent sous laforme de grilles (GRID2E et GRID93) et d'une géodatabase (Vulnerabilite_LB.mdb auformat MsAccess 2000).

Carte de vulnérabilité intrinsèquesimplifiée des eaux souterraines

de la région Aquitaine

BRGNVRP-55311-FRdécembre 2006


Géosciences pour une Terre durable

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3, avenue Claude-Gui Ile minBP 36009 - 45060 Orléans Cedex 2 - France - Tél. : 02 38 64 34 34