Étude de la minéralisation de la nappe de la craie sous pressions naturelles et anthropiques PDF Download

Author: Émilie Lefèvre
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Languages : fr
Pages : 162

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Les investigations de la présente étude portent sur cinq sites représentant les différents régimes hydrogéologiques de la nappe de la craie du Nord de la France. Des échantillonnages ainsi que des analyses chimiques et isotopiques sont réalisées afin de comprendre les causes d'évolution du chimisme des eaux souterraines en ce qui concerne les espèces solubles de l'azote, du soufre et du nickel. Les résultats mettent en évidence notamment l'existence de la réaction de dénitrification naturelle sur trois des sites et montrent que celle-ci se superpose à des phénomènes de dilution dans deux secteurs. Cette réaction joue un rôle important sur le relargage du nickel et les teneurs en sulfates car elle fait intervenir la pyrite dans deux des cas d'étude. En l'absence du phénomène de dénitrification, dans le cas du régime captif le plus marqué, les signatures isotopiques du soufre et le ratio Nickel/Cobalt indiquent que le nickel provient également de la pyrite alors que l'évolution des teneurs en sulfates ne traduit pas de phénomènes de dissolution de pyrite. Dans ce cas, un phénomène de lessivage du fer apparaît et son intensité varie lors du battement de niveau de la nappe. Les analyses isotopiques du soufre montrent que les apports en sulfates ne proviennent pas uniquement de la pyrite mais aussi d'autres sources comme les terrils ou la nappe des Sables d'Ostricourt. Concernant les nitrates, les analyses isotopiques ainsi que les teneurs en bore des eaux permettent de discerner des apports à dominante agricole ou urbaine.

Author: Daniel Bernard
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Languages : fr
Pages : 264

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Dans le Nord de la France, l'eau souterraine représente la quasi-totalité de la ressource en eau potable distribuée. Les contraintes de qualité et de prévention des pollutions ont conduit à engager de nombreuses recherches qui ont fourni le cadre du travail présenté. Les thèmes majeurs sont, au travers de cinq thèses de doctorat, la minéralisation en nitrates de la nappe de la craie, de ses origines jusqu'à ses conséquences sur les eaux prélevées par les captages d'eau potable, la problématique du nickel en solution, la migration de l'atrazine dans la craie. Des thèmes secondaires comme la vulnérabilité de la nappe de la craie aux pollutions, l'hydrogéochimie de la nappe de la craie, la vitesse de percolation de l'eau dans la zone non saturée sont également évoqués. Parmi les moyens utilisé, ce sont près de 200 sondages carottés de la zone non saturée qui ont permis de restituer les profils de concentration en nitrates, bore, chlorure, sulfate et ainsi donner les éléments de calage des modèles de calculs (AZOSIL, CORPEN) des excédents lessivés au-delà de la zone agronomique, et ce à partir des pratiques de cultures observées sur les parcelles concernées par les sondages. Les vitesses de migration des solutions nitratées dans la zone non saturée de la craie ont ainsi été reconnues comme de l'ordre de 0,5 m par an pour des conditions moyennes de pluies efficaces. Pour des pluies efficaces très excédentaires, type hiver 2001, la saturation de la porosité de matrice va favoriser le transfert par le milieu fissuré, les vitesses de percolation pouvant alors dépasser 1 m par an. Le calage des modèles mathématiques (AGRIFLUX, VHIUNSAT, MT3D) utilisés en cascade ont permis de restituer le cycle des nitrates depuis la fertilisation jusqu'au captage d'eau potable en nappe libre et ainsi envisager des projections de la qualité de l'eau captée à l'échelle de 2015, date butoir de la Direction Cadre Européenne. On observe ainsi que les flux les plus importants de nitrates proviennent des fortes fertilisations réalisées dans les années soixante. Le comportement des nitrates et des métaux en solution comme le nickel a été approché par l'utilisation des traceurs naturels que sont les isotopes de l'azote et du soufre, associés à l'étude de l'hydrogéochimie du milieu. On a aussi mis en évidence l'effet de la dénitrification à partir des sulfures de fer des pyrites contenues dans la craie sur la solubilisation du nickel dans la nappe en position captive. On aboutit à proposer un schéma d'exploitation des captages permettant de s'affranchir de la présence du nickel en excès dans l'eau captée, en privilégiant les conditions physicochimiques du milieu pour lesquelles le nickel va s'adsorber sur les hydroxydes de fer et de manganèse. Le problème de la migration de l'atrazine a été traité sur le mode indirect : l'étude statistique de différents facteurs, tel la pente de ruissellement sur les chaussées, les types de cultures, la fissuration de la craie, ont permis, par modélisation diverses (réseau de neurones, MT3D) de privilégier une origine urbaine de l'atrazine, avec lessivage puis infiltration dans des zones très fissurées. La modélisation rend ainsi compte des concentrations en atrazine observées sur un champ captant.

Author: Sabine Lacherez-Bastin
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Languages : fr
Pages : 382

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En période sèche, l'écoulement se fait à 85 % par effet piston au sein de la matrice poreuse crayeuse, avec une vitesse de l'ordre de 0.6 rn/an sous un recouvrement argileux supérieur à 5 m, 1.0 rn/an sous un recouvrement limoneux et enfm 1.25 m sous un recouvrement sableux. Dans des conditions de saturation importante, l'écoulement par les fissures peut venir égaler voire supplanter le mode d'écoulement par effet piston. Les vitesses de migration des nitrates sont " brusquement" accélérées, pendant une courte période, au droit de la zone fissurée. On observe en général un décalage de l'ordre de 5 m d'une fraction du front de pollution azotée par l'intermédiaire des fissures. La modélisation intégrée des cycles de l'eau et de l'azote au droit du bassin versant de l'Escrebieux montre que le module nitrates, que nous avons développé, restitue correctement les observations de terrain effectuées aux droit des différents piézomètres de suivi de la qualité de la nappe de la craie de ce bassin.

Author: Roxelane Cakir (Chercheur en écologie).)
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Languages : fr
Pages : 398

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Le maintien de la qualité des eaux de surface au sein des bassins versants est un enjeu pour la société et les écosystèmes. Ce maintien est en partie assuré par la régulation de la qualité de l'eau, encore trop peu étudiée. Comprendre cette régulation faciliterait la détermination de l'impact anthropique et des zones à préserver, en conséquence, une gestion de la ressource optimale. Si l'on considère les nitrates comme indicateur de la qualité de l'eau, ces derniers sont apportés en quantité importante par les activités agricoles, les rejets urbains et industriels. La régulation est assurée par les écosystèmes grâce à des processus naturels de production, de stockage et d'élimination. La régulation s'effectue à la fois dans les milieux terrestres et aquatiques, et dépend de facteurs de contrôle, tels que l'occupation du sol, l'hydrologie, la pédologie et la structure du paysage. Le recours à la modélisation couplée à de l'observation à la fois sur les milieux aquatiques et terrestres est ainsi incontournable pour caractériser et quantifier les fonctions de régulations des nitrates à différentes échelles d'organisation spatiale. Les objectifs de cette thèse sont: (1) de quantifier et de comprendre l'évolution spatiale et temporelle des fonctions écologiques liées à la régulation des nitrates au sein du réseau hydrographique et des sols des versants, (2) d'analyser les facteurs de contrôle s'exerçant sur ces fonctions, (3) de quantifier avec des relations " simples " les fonctions écologiques, (4) de quantifier ces fonctions écologiques à l'échelle du Sud-ouest européen dans un contexte de gestion du territoire. Deux échelles d'organisation spatiale ont été abordées : l'échelle de la masse d'eau au sens de la Directive Cadre sur l'Eau et l'échelle du système d'exploitation. La méthodologie a été développée sur la Garonne (50 000 km2) puis appliquée à l'échelle de tout le Sud-Ouest Européen (773 000 km2). Dans ce travail, nous avons exploité les données issues des agences de l'eau européennes mais aussi des données scientifiques issues de projets européens et d'études ponctuelles. Les résultats simulés à partir du modèle SWAT montrent que, dans le bassin versant de la Garonne, la production de nitrates est en moyenne de +1,62 gN.m-2.j-1 et l'élimination des nitrates est en moyenne égale à -1,77 gN.m-2.j-1 au sein des cours d'eau sur la période 2000-2010. Ces calculs intégrant l'anthropisation (villes, agriculture, barrages) sont obtenus à l'échelle mensuelle. L'élimination de nitrates est plus forte au printemps et en été dans les petits cours d'eau de plaines alluviales, tandis que la production est plus forte en aval des fleuves. Sur les versants du bassin, la production en nitrates est dominante dans les plaines alluviales tandis que la fonction d'élimination est dominante dans les forêts alluviales et les zones humides avec une composition élevée en matière organique (>2%). Par comparaison avec une cartographie naturelle, ces fonctions écologiques de régulation ont subi une perte de 76% au sein du bassin de la Garonne, due aux fortes pressions anthropiques notamment de changement d'occupation du sol. La dynamique spatio-temporelle de ses fonctions écologiques est contrôlée par la pente, le débit, les conditions hydrauliques et la concentration en nitrates dans les eaux de surface. À partir de ces facteurs de contrôle, des équations paramétriques modélisant l'élimination des nitrates dans les cours d'eau à l'échelle des masses d'eau ont pu être développées et validées sur le bassin versant de la Garonne. Les fonctions écologiques terrestres et aquatiques estimées à large échelle, celle du Sud-ouest européen, ont des variations spatiales et temporelles similaires à celles trouvées dans le bassin de la Garonne. Enfin, la valorisation des résultats de cette thèse a permis de nombreuses collaborations dans les domaines de l'hydrologie, de l'écologie et de l'économie et a fait l'objet de transferts de connaissances vers la société.

Author: Barbara Louche
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Category : Aquifers
Languages : fr
Pages : 314

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La limite de la nappe de la craie a été étudiée sur le littoral nord Pas-de-Calais et plus précisément entre le sud de la boutonnière du boulonnais et l’Authie. Cette nappe passe d'un état libre à captif sous la plaine littorale par superposition des aquifères quaternaires des bas-champs et des dunes. On observe, au contact des eaux marines, des échanges plus ou moins localisées entre ces divers types d'eau. Quelques études antérieures, essentiellement piézométriques et hydrologiques, ont décrit l'existence d'hétérogénéités dans la répartition des caractéristiques hydrodynamiques. Des études piézométriques réalisées au sein du massif dunaire ont permis de démontrer que les échanges verticaux dans la plaine marine, varient selon les endroits, entre nappes superficielles (nappe libre des dunes, nappe et réseau de drainage des formations quaternaires marines) et profondes contenues dans le substratum crayeux fracture. L'utilisation conjointe de l'hydrochimie et de la géophysique démontre que sous la plaine maritime l'aquifère crayeux est caractérisé par la juxtaposition d'eaux, d’Age, de composition et d'origine différentes. La modélisation des écoulements souterrains sur une superficie de 500 km2 confirme l'existence de compartiments hydrogéologiques à comportements hydrodynamiques différents. De plus, même si l'analyse de suivis piézométriques suggère l'existence de phénomènes karstiques, l'étude hydrodynamique de trois sources ne l'a pas confirmé pour l'instant.

Author: Wolfram Kloppmann
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Languages : fr
Pages : 282

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La présente étude met en évidence l'évolution chimique et isotopique des eaux de l'aquifère de la craie à partir de la zone de recharge jusqu'à la nappe captive profonde dans le centre du bassin de Paris et de l'Allemagne du Nord. Le but principal est l'estimation du temps de résidence des eaux dans l'aquifère par des méthodes indépendantes (isotopes stables de l'eau, tritium, isotopes du carbone, gaz rares). Bassin de Paris : Des apports météoriques (variations de Cl-, SO4^(2-), [delta]^18O, [delta]^2H) et anthropogéniques (NO3-, K+, 3H) ainsi que les interactions eaux-roches (variations de Mg2+, Sr2+, [delta]13C, A14C par dissolution incongruente des carbonates) déterminent la composition des eaux de la nappe libre de la craie. La drainance des eaux des couches tertiaires sus-jacentes constitue une source pour certains éléments majeurs et traces (Ca^(2+), Mg^(2+), Sr^(2+), SO4^(2-), U^T). Il existe dans la nappe de la craie deux domaines d'oxydo-réduction bien individualisés et séparés par une " barrière d'oxydo-réduction ". La nappe profonde montre les signatures chimiques (rapports Mg/Ca, Sr/Ca élevés) et isotopiques (variations de [delta]13C et de A14C) d'une interaction eau-roche extensive par dissolution incongruente qui est liée au temps de résidence de l'eau dans l'aquifère. Les âges radiométriques 14c des eaux estimés à l'aide d'un modèle multi-stage de dissolution de la craie s'étalent entre 0 et 14000 ans b.p. L'incertitude qui pèse sur l'âge des eaux à pu être quantifiée par une approche statistique. Les eaux les plus anciennes portent la signature d'une température de recharge inférieure à celle des eaux récentes (appauvrissement relatif en [delta]18O et en [delta]2H). L'hypothèse d'une composante pleistocène dans les eaux profondes de la craie du bassin de Paris est confirmée par des températures de recharge calculées à partir des teneurs en gaz nobles inférieures à celles des eaux proches de la zone de recharge. Bassin de l'Allemagne du Nord : La forte salinité des eaux profondes de la craie de Lägerdorf (Allemagne) témoigne de l'influence du sel permien sous-jacent. Les variations chimiques et isotopiques en fonction de la profondeur indiquent une stratification dans l'aquifère. La dissolution incongruente des carbonates, les échanges cationiques et les processus de mélange déterminent le caractère de ces eaux. Les mélanges impliquent un pôle " récent " (teneurs en 3H et en N-NO3-) et un pôle " ancien " (âges 14C élevés).

Author: Daniel Bernard (Ingénieur)
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Languages : fr
Pages : 35

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L'ETAT ET L'EVOLUTION CHIMIQUE DE L'EAU DE LA NAPPE DE LA CRAIE SONT ETUDIES DANS LE BASSIN MINIER DU NORD-PAS-DE-CALAIS ET LE CAMBRESIS PAR L'ETUDE DES ANALYSES CHIMIQUES DES ELEMENTS MAJEURS DE QUELQUES TRACES. LE COMPORTEMENT HYDRODYNAMIQUE DE LA NAPPE DANS LE CAMBRESIS EST PRECISE GRACE A UN MODELE MATHEMATIQUE, LES INTERPRETATIONS QUI EN DECOULENT ETANT ETAYEES PAR LES ANALYSES ISOTOPIQUES DU TRITIUM ET DU SOUFRE DES SULFATES EN SOLUTION. L'ORIGINE NATURELLE OU DE POLLUTION DE LA MINERALISATION EST SOUVENT DISCERNEE GRACE AUX ANALYSES ISOTOPIQUES (**(3)H, **(15)N, **(34)S) AUTANT DANS LE BASSIN MINIER QUE DANS LE CAMBRESIS. ENFIN L'ANALYSE DE L'ENSEMBLE DES DONNEES EST EFFECTUEE A L'AIDE DE L'INFORMATIQUE

Author: Karima Moufti
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Languages : fr
Pages : 273

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L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE QUANTIFIER L'IMPACT DE L'AGRICULTURE SUR LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES DU VEXIN FRANCAIS, DANS L'ESPACE ET DANS LE TEMPS. LA QUALITE A ETE JUGEE SUR TROIS ANIONS MAJEURS: NO#3#-, SO#4#- ET CL#-, CES DERNIERS ONT UNE RELATION DIRECTE AVEC LES ENGRAIS ARTIFICIELS AZOTES. L'ANALYSE DE L'EVOLUTION CHIMIQUE DES DIFFERENTS AQUIFERES: AQUIFERE YPRESIEN-LUTETIEN, NAPPE DE LA CRAIE, NAPPE DES SABLES DE FONTAINEBLEAU ET LA NAPPE PHREATIQUE DES ALLUVIONS, INDIQUE UNE AUGMENTATION LENTE MAIS REGULIERE DES TENEURS EN NITRATE AVEC UN ACCROISSEMENT IMPORTANT EN 1979-1980. DANS UN SECOND TEMPS, GRACE AU KRIGEAGE, ON A PU REALISER DES IMAGES DE SYNTHESE ILLUSTRANT DES CHAMPS DE POLLUTION EN NITRATE, SULFATE ET CHLORURE SUR FOND GEOGRAPHIQUE DE LA REGION DE L'AQUIFERE PRINCIPAL YPRESIEN-LUTETIEN. LES DIFFERENTES CARTES OBTENUES PERMETTENT D'APPRECIE LA VITESSE DE PROPAGATION D'UN POLLUANT QUELCONQUE ET DE DETERMINER LES ZONES VULNERABLES. TROIS BASSINS VERSANTS ONT ETE RETENUS POUR ETRE DISCUTES: LE BASSIN DE L'AUBETTE DE MAGNY, LE BASSIN DU SAUSSERON ET CELUI DE LA VIOSNE. LA FORTE ACTIVITE AGRICOLE DANS LE BASSIN DE L'AUBETTE DE MAGNY D'UNE PART ET L'INSUFFISANTE CAPACITE DE RENOUVELLEMENT ET LA MINCEUR DE LA COUCHE DE TERRE VEGETAL AU DESSUS DU CALCAIRE GROSSIER DE L'AQUIFERE YPRESIEN-LUTETIEN D'AUTRE PART FONT QUE CE BASSIN POSSEDE LES TENEURS EN NITRATE LES PLUS IMPORTANTES. LE BASSIN DU SAUSSERON REPRESENTE DES FAIBLES TENEURS EN NITRATE A CAUSE DE LA L'AQUIFERE YPRESIEN LOCALEMENT CAPTIF ET DE LA FAIBLE ACTIVITE AGRICOLE DU BASSIN. LE BASSIN DE LA VIOSNE PRESENTE UNE SITUATION INTERMEDIAIRE: UNE FORTE ACTIVITE AGRICOLE AVEC DES FORTES CONCENTRATIONS EN NITRATE QUAND L'AQUIFERE EST LIBRE, ET DES FAIBLES TENEURS QUAND CE DERNIER EST CAPTIF. SI CERTAINS SECTEURS S'AVERENT NON POLLUES, L'ENSEMBLE EST MENACE A PLUS OU MOINS LONG TERME COMME LE MONTRE LES CARTES PREVISIONNELLES DE L'AN 2003 ET 2013. DANS CERTAINES CONDITIONS, LA DENITRIFICATION NATURELLE DES LACS DE GRAVIERES SITUEE DANS LA REGION POURRAIT ETRE UN MOYEN EFFICACE POUR DIMINUER LA POLLUTION AZOTEE DES EAUX DESTINEES A LA CONSOMMATION HUMAINE

Author: Jérôme Molenat
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ISBN: 9782905532893
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Languages : en
Pages : 272

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La pollution diffuse d'origine agricole est à l'origine de problèmes sanitaires et environnementaux liés à la détérioration de la qualité des eaux de surface. La maîtrise de cette pollution nécessite d'atteindre une connaissance fine, à toutes les échellesde temps, du transfert des éléments polluants transportés par l'eau. Ce travail a pour objectif d'établir le ou les temps de transfert du nitrate dans un bassin versant élémentaire. Il s'agit de connaître les réservoirs et les mécanismes responsables des variations saisonnières ,et pluri-annuelles des concentrations en nitrate dans la rivière. L'étude des dynamiques hydrologiques de trois bassins versants agricoles (Kervidy, Mélarchez, Mercube) a été réalisée à partir d'observations globales (pluie, débit). Une méthode basée sur la représentation spectrale des séries temporelles d'observations a été reprise et développée. Ainsi, par cette méthode, les parts respectives des contributions de la nappe et de l'écoulemênt rapide aux débits de la rivière sont établies. Le modèle d'écoulement en nappe et ses paramètres sont également définis. Cette méthode a été étendue à l'identification des modèles de transfert de nitrate. Une étude expérimentale a été mise en oeuvre .Trois transects du bassin versant de Kervidy (Morbihan, Bretagne) ont été équipés de piézomètres pour observer la nappe d'altérite. Les niveaux piézométriques ont été mesurés et un échantillonnage de la nappe a été réalisé afin d'analyser les teneurs de l'eau en nitrate, sulfate et chlorure. Ces observations ont permis de préciser l'hydrodynamique de la nappe et d'identifier ses principaux traits chimiques. Un schéma de fonctionnement du transfert de nitrate dans le bassin versant à l'échelle inter-mensuelle est proposé à la suite de l'analyse et de l'interprétation de l'ensemble des observations. Un modèle numérique spatialisé du fonctionnement de la nappe du bassin versant de Kervidy a été établi sur la base des observations et des connaissances acquises à la suite du travail de terrain

Author: Bruno Voituriez
Publisher: UNESCO
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Category : Science
Languages : en
Pages : 132

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El Nino, caprice of the heavens, scapegoat for every calamity? The general public cannot really understand what is behind the El Nino phenomenon. The book offers a tour of the Earth's climate to understand one of its normal but extreme components.