Contamination d'un plan d'eau en arsenic : identification de la source et définition de pistes d'actions (2016)

Contexte de l’étude

Une ancienne carrière réhabilitée dans les années 90 en un plan d’eau à vocation récréative présente en périodes de basses eaux, des concentrations en arsenic supérieures au seuil réglementaire défini pour l’eau potable, soit 10 µg d’As/l.

L’étude diagnostic que nous réalisons sur ce plan d’eau a pour objectif de cibler l’origine de l’arsenic, et plus généralement de déterminer le fonctionnement hydrologique de la masse d’eau, qui conditionne sa qualité chimique. La première hypothèse s’appuie sur une contamination en arsenic de la nappe souterraine au droit du plan d’eau. Cela sous-entend que la couche de protection en fond de cuvette ne serait pas étanche pour permettre ces échanges d’eau entre le compartiment souterrain et celui de surface.

La deuxième hypothèse porte sur la capacité de la couche de protection à stocker et donc potentiellement relarguer de l’arsenic dans la colonne d’eau. Ici, les matériaux constituant le fond de cuvette seraient la source d’arsenic.

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Vue du plan d’eau (ancienne carrière réhabilitée)

Les investigations menées sur le terrain pour identifier la source d’arsenic :

 

Les analyses de la qualité de l'eau se sont portées sur la recherche d'arsenic et sur la détermination du faciès chimique (balance ionique) des différents types d'eau. Des investigations ont également été entreprises sur la couche de protection (analyse de la teneur en arsenic dans le matériau du fond de cuvette, granulométrie).

Prélèvements et échantillonnages de la masse d’eau et de la couche de protection (fond de cuvette)

 

Echantillonnage par pompage de l'eau d'un forage : identification de la qualité chimique du compartiment souterrain (balance ionique, arsenic)

Echantillonnage d’eau souterraine (pompage d’un forage) : identification de la qualité chimique du compartiment souterrain

Détermination des faciès chimiques : identifier les relations entre les types d'eau

Détermination des faciès chimiques : identifier les relations entre les types d’eau

Les analyses de la qualité de l’eau se sont portées sur la recherche d’arsenic et sur la détermination du faciès chimique (balance ionique) des différents types d’eau. Des investigations ont également été entreprises sur la couche de protection (analyse de la teneur en arsenic dans le matériau du fond de cuvette, granulométrie).

L’arsenic, tout comme le phosphore se caractérise par un cycle où son transfert du sédiment vers la colonne d’eau est régi par des processus hydrobiogéochimiques.

Une reprise tardive des écoulements durant l'hiver 2015-2016 : des phénomènes d'érosion ponctuels

Les conditions pluviométriques rencontrées durant l’hiver dernier se sont traduites par une reprise tardive des écoulements et un prolongement « anormal » de l’étiage. Les pluies significatives se sont produites à partir du mois de janvier 2016, provoquant reprise des débits dans les cours d’eau et remontées de nappes dans le sous-sol.

comparaison pluvio

Les observations sur le terrain sont retranscrites sous SIG (degré d’érosion des bordures de parcelles, fossé circulant, drains…

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Quelques photos pour illustrer la variabilité pluviométrique en 2016 et son impact sur les départs de sols :

 

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Parcelle drainée et fossé circulant (février 2016)

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Parcelle drainée et fossé circulant (mars 2016)

La comparaison entre les deux photos de gauche et de droite illustre que les épisodes d’érosion et de départs de sols étaient très furtifs durant l’hiver 2015-2016. Sur les photos de droite prises début mars 2016, au même endroit que celles de gauche, les débits dans le fossé sont moindres et l’eau véhiculée dans le réseau de fossés est claire.

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Fossé circulant en février 2016

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Le même fossé circulant en mars 2016

Expérimentation : test grandeur nature d'un algicide naturel (été 2015)

Cette expérimentation repose sur le pouvoir, bien connu et documenté, de la paille d’orge comme algicide naturel. Le lieu choisi de ce test grandeur nature n’est pas le plan d’eau proprement dit, mais la zone d’incubation des cyanobactéries, en amont du lac.

Il nous apparaît plus réaliste de travailler sur cette zone d’émergence des cyanobactéries, du point de vue faisabilité technique, mais également du point de vue optimisation de l’action. Un suivi de performance est en cours par des mesures in-situ. A suivre !

Paille d'orge

Paille d’orge

Préparation des boudins de paille d'orge

Préparation des boudins de paille d’orge

Boudin de paille d'orge (longueur 5 à 7 m)

Boudin de paille d’orge (longueur 5 à 7 m)

Boudin de paille d'orge enrobé à l'aide d'un entonnoir à sapin de Noël

Boudin de paille d’orge enrobé à l’aide d’un entonnoir à sapin de Noël

Mise à l'eau des boudins de paille d'orge

Mise à l’eau des boudins de paille d’orge

Solidarisation des boudins de paille (formation d'un îlot)

Solidarisation des boudins de paille (formation d’un îlot)

Vue d'un îlot de paille d'orge

Vue d’un îlot de paille d’orge

Îlot de boudins de paille d'orge

Îlot de boudins de paille d’orge

Vue des îlots de paille d'orge disposés en queue d'étang

Vue des îlots de paille d’orge disposés en queue d’étang

Retour sur l'hiver pluvieux 2013-2014 : les fuites de Phosphore à l'échelle d'un bassin versant

Identifier les fuites diffuses de phosphore :

la méthode d’Interfaces & Gradients

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Les protections en bordure de parcelles

Depuis 2003, nos investigations de terrain sont réalisées à l’échelle fine de la parcelle agricole. Nous visitons l’intégralité des routes et chemins, qui bordent les parcelles agricoles.

Localisation d'une parcelle à risque d'érosion et de transferts de sol

Localisation d’une parcelle à risque d’érosion et de transferts de sol

 

Localiser les sources : hiérarchisation des parcelles à risque d’érosion

Lors de nos campagnes de terrain, nous caractérisons dans un premier temps les bords de parcelle accessibles sur la zone d’étude. Nous avons mis au point une classification simple pour hiérarchiser ces bords de parcelle et les risques d’érosion qui y sont associés.

Parcelle à risque d'érosion modéré

Parcelle à risque d’ érosion modéré : surface importante, pente modérée orientée vers le cours d’eau ou le fossé circulant, absence totale ou partielle de barrière physique contre le ruissellement (talus, haie)

Parcelle à risque d'érosion élevé

Parcelle à risque d’érosion élevé : surface importante, pente forte orientée vers le cours d’eau ou le fossé circulant, absence de barrière physique contre le ruissellement (talus, haie)

Les autres parcelles du territoire sont classées en risque faible. Cela signifie soit que leur barrière contre le ruissellement est efficace (continue) soit que le ruissellement ne s’y forme que pour des épisodes pluvieux exceptionnels.

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Reportage photos : des parcelles pour lesquelles le phénomène d’érosion est avéré, après des campagnes de terrain sous pluie.

Erosion 1 Erosion 4
Erosion 2 Erosion 6
Erosion 5 Erosion 7
Un facteur aggravant : le curage des fossés

Un facteur aggravant : le curage des fossés circulants

Localiser des voies de transfert : les fossés circulants

Une parcelle à risque d’érosion ne participe pas nécessairement au flux de phosphore arrivant dans le réseau hydrographique. Pour cela, il faut une voie de transfert entre la parcelle et le cours d’eau : un fossé circulant. Ce type de fossé s’oppose aux fossés dits « morts » où l’eau stagne, s’infiltre et s’évapore. Le phosphore s’y accumule et ne rejoint pas les eaux de surface. Dans le cas d’un fossé non-circulant, même si le phosphore ne rejoint pas le cours d’eau, la valeur agronomique de la parcelle qui s’érode se détériore. Il est donc dans l’intérêt de l’exploitant de limiter le ruissellement sur sa parcelle. Une exploration complète du territoire d’étude, sous pluie, nous permet de localiser ces fossés dits circulants.

Remarque :

  La gestion des fossés peut elle-même augmenter le flux de phosphore arrivant au réseau hydrographique. Une fauche excessive du talus et un curage trop fréquent et en période de hautes eaux augmentent la quantité de sol, et donc de phosphore, véhiculée par le fossé.

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Vers une dégradation des protections de type talus entre la parcelle et le fossé de bord de route ?

Depuis une dizaine d’années, nous suivons ces protections de bords de parcelle sur les bassins versants du Grand Ouest. Nous constatons une dégradation de ces protections, qui se généralise sur le territoire. La fuite de Phosphore diffus vers le cours d’eau ne concerne pas toutes les parcelles agricoles: seules celles connectées directement au cours d’eau ou via un fossé circulant devront faire l’objet d’actions ciblées. En revanche, la problématique de l’érosion des terres agricoles et donc de la perte de patrimoine pour l’agriculteur s’applique à l’ensemble des terres exploitées.

Reconquête de la qualité de l'eau : développer des protocoles simples pour les suivis de nappe (2015)

Problématique Nitrates dans un périmètre de protection :

Reliquats de sols dans une bande boisée

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Contexte de l’étude

Des analyses de reliquats d’azote au sein d’une bande boisée en bordure de cours d’eau, ont présenté des résultats inattendus à première vue. L’objectif de la mission était d’apporter des éléments d’explication sur ces reliquats, à partir d’une étude sur site. Etant donné le contexte hydrogéologique local, nous nous sommes intéressés au flux d’eau souterraine, véhiculée par la nappe d’altérite, et à l’éventuelle interaction que celui-ci pouvait avoir avec le sol.

La surface du toit de la nappe suit approximativement la topographie locale.

La surface du toit de la nappe suit approximativement la topographie locale.

           

Connaître l’état d’enrichissement en nitrates à l’échelle du bassin versant :

Concentration en nitrates dans la nappe d'altérite (puits traditionnels) à l'échelle du bassin versant

Concentration en nitrates dans la nappe d’altérite (puits traditionnels) à l’échelle du bassin versant

Prélèvement d'eau souterraine dans un puits fermier

Prélèvement d’eau souterraine dans un puits fermier

Vue d'un puits traditionnel

Vue d’un puits traditionnel

Réalisation d’un suivi longitudinal des nitrates à travers la bande boisée :

Pose de piézomètres légers (2 m) à l'aide d'une tarière

Pose de piézomètres légers (2 m) à l’aide d’une tarière

Echantillonnage d'un puits existant en haut de la bande boisée

Echantillonnage d’un puits existant en haut de la bande boisée

Prélèvements d'eau et mesures de hauteur de nappe selon un transect perpendiculaire au cours d'eau

Prélèvements d’eau et mesures de hauteur de nappe selon un transect perpendiculaire au cours d’eau

Les écoulements souterrains rencontrés sur l’ensemble du Massif Armoricain s’organisent à l’intérieur de réservoirs bien connus pour les hydrogéologues, mais souvent peu maîtrisés par les gestionnaires de l’eau. Difficilement accessibles, non visibles, ces aquifères de socle sont de plus caractérisés par une importante inertie, rendant délicate la comparaison entre la qualité du cours d’eau et la qualité de l’eau souterraine l’alimentant au même instant t. Des protocoles simples existent et permettent de caractériser ces eaux souterraines et la relation qu’elles entretiennent avec les eaux de surface.