Rôle des zones humides alluviales dans la régulation des flux de nitrates et de carbone organique vers les eaux de surface à l'échelle des bassins versants PDF Download

Author: Clément Fabre (docteur en écologie).)
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La pollution des eaux de surface par les nitrates sous la pression de l'intensification des activités agricoles et des rejets urbains et industriels reste encore aujourd'hui une problématique mondiale. La dénitrification est le seul processus d'élimination des nitrates qui se produit majoritairement dans les zones humides et favorise une diminution de la concentration en nitrates depuis les zones agricoles vers les rivières et les fleuves. Le processus de dénitrification nécessite du carbone organique qui peut venir à la fois des sols et de la matière organique produite in-situ dans ces zones humides alluviales ainsi que de la rivière. Les zones humides alluviales sont des zones humides très actives du point de vue de la dénitrification. La dénitrification dans ces zones humides alluviales fluctue dans le temps en fonction du cycle hydrologique et de la disponibilité en carbone organique et en nitrate. Alors que le processus de dénitrification dans les zones humides alluviales est bien connu et détaillé, l'impact de ce processus d'élimination sur les flux exportés aux océans à l'échelle des bassins versants est difficile à appréhender car hautement variable dans le temps et l'espace. De meilleures compréhensions et estimations du rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales au pas de temps journalier sont nécessaires afin de faire ressortir son effet prépondérant dans la régulation des nitrates à l'échelle d'un bassin versant. Ainsi, les objectifs de ce travail sont 1) de mieux comprendre et d'estimer les flux de carbone organique au pas de temps journalier, un des moteurs essentiels de la dénitrification, 2) d'estimer le rôle de la dénitrification dans les zones humides alluviales sur des bassins versants contrastés d'un point de vue de la disponibilité de carbone organique et de nitrate, 3) d'ouvrir vers une généralisation de cette méthode pour quantifier les flux de nitrate aux océans à l'échelle globale et le rôle des zones humides alluviales sur ces derniers. A l'aide de données éparses à travers le monde provenant de différentes bases de données, nous avons pu mettre en évidence des équations simples permettant de simuler les flux de carbone organique transportés par les fleuves. Puis, avec un modèle intégrant les échanges nappes-rivière, adapté du modèle SWAT ainsi que des données de télédétection, nous nous sommes concentrés sur les interactions entre cycles de l'azote et du carbone dans les zones humides alluviales via la dénitrification sur trois bassins versants contrastés : l'Amazone pour les zones tropicales, la Garonne pour les zones tempérées et l'Ienisseï en Sibérie pour les zones froides. Ce travail démontre l'hétérogénéité de la dénitrification à l'échelle de bassins versants contrastés. Nous avons pu démontrer que la dénitrification par les zones humides alluviales s'élève à hauteur de 73,0 kgN/ha/an pour l'Amazone, 4,5 kgN/ha/an pour la Garonne et 0,7 kgN/ha/an pour l'Ienissei. Ainsi, nous pouvons démontrer que les bassins versants pour des conditions pédo-climatiques et d'anthropisation différentes renvoient des dénitrifications très différentes dues à la température ou à la disponibilité des réactifs. Enfin, dans le but de généraliser cette méthode à l'échelle globale, nous avons établi une approche de prédiction des flux de nitrates transportés par les fleuves à l'aide d'une équation simple et de paramètres environnementaux faciles à obtenir afin d'exporter nos résultats sur l'ensemble des fleuves de la planète.

Author: Roxelane Cakir (Chercheur en écologie).)
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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: Thomas Rosset (docteur en écologie).)
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Les tourbières sont des zones humides qui ne couvrent que 3% des surfaces émergées mais qui sont très riches en matière organique. A la croisée des cycles du carbone et de l'eau, elles stockeraient près de 20 % du carbone organique des sols de la planète et par conséquent elles sont considérées comme des sources importantes dans le transfert de carbone organique vers les eaux de surface. Dans les bassins versants de montagne, les tourbières ne représentent qu'une faible proportion de la couverture paysagère et sont sujettes à l'influence d'activités anthropiques locales. Jusqu'à présent les conditions climatiques et d'accessibilité des zones montagneuses ont limité les études biogéochimiques dans les tourbières de montagne, mais de récentes avancées technologiques optiques permettent dorénavant de mesurer les concentrations de carbone organique in situ et à haute fréquence dans les ruisseaux drainant ces écosystèmes. Cette thèse a pour objectif de quantifier et d'identifier les mécanismes qui régissent le transfert de matière organique des tourbières vers les eaux de surface dans des bassins versants de montagne faisant l'objet d'activités anthropiques contemporaines. Pour cela deux tourbières situées dans les Pyrénées françaises ont été instrumentées et ont fait l'objet d'un suivi haute fréquence (30 min) sur plus de deux cycles hydrologiques. En premier lieu, ces travaux ont permis d'isoler le contrôle prédominant des crues dans les exports de matière organique des tourbières ainsi que la proportion majoritaire de la forme dissoute du carbone organique (COD) dans les exports. En fonction des cycles hydrologiques, les flux spécifiques de COD des tourbières de montagne sont très variables [16.1 ; 35.9] g.m2.an-1 mais correspondent aux gammes observées pour les tourbières des plaines septentrionales. Ces mêmes flux placent les tourbières comme sources majoritaires de COD (>63%) en tête de bassin versant. Dans un second temps, l'analyse des pics observés sur les séries temporelles de concentration de COD a montré que, contrairement aux exports, la variabilité des concentrations aux exutoires des tourbières n'est pas contrôlée par le débit, mais par la température du sol et les battements de nappe phréatique. Calculés à partir des relevés piézométriques, des temps de récession hydrologiques permettent d'appréhender plus justement ces variabilités dans les modèles de concentration de COD ainsi que d'apprécier l'hétérogénéité hydrologique des tourbières. La troisième phase illustre la difficulté de séparer influence climatique et anthropique dans les exports de carbone organique des tourbières suite à deux évènements anthropiques, intervenus sur les sites d'études pyrénéens : un brulis et une coupe forestière. En complément une revue bibliographique à l'échelle mondiale rapporte cependant des flux de COD 30% plus importants à l'exutoire de tourbières influencées par des pratiques anthropiques. Ces travaux soulignent le besoin de disperser l'instrumentation haute fréquence sur davantage de tourbières afin de déterminer plus justement leur rôle dans le cycle du carbone global. L'ensemble des résultats confirme l'importance des exports de carbone organique dans le bilan carbone des tourbières mais également l'importance des tourbières dans l'hydrochimie des eaux de surface, notamment dans les zones anthropisées.

Author: MOHAMED.. CHAFIQ
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UNE ETUDE A ETE ENTREPRISE SUR LES TRANSFERTS DE MATIERES ORGANIQUES DU MILIEU SOUTERRAIN VERS LE MILIEU SUPERFICIEL DANS UNE PLAINE ALLUVIALE DU RHONE SITUEE EN AMONT DE LYON. L'APPROCHE UTILISEE ETAIT BASEE SUR L'ETUDE DE GRADIENTS LONGITUDINAUX LE LONG DE DEUX PETITS AFFLUENTS KARSTIQUES (ORDRE 1) ET DE GRADIENTS VERTICAUX AU NIVEAU DES INTERFACES EAU SOUTERRAINE/EAU SUPERFICIELLE QUE SONT LES SOURCES KARSTIQUES, LES SOURCES INTERSTITIELLES ET LES SOUS-ECOULEMENTS DE COURS D'EAU. L'ETUDE A CONSISTE A ETABLIR DES RELATIONS ENTRE LES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DES EAUX, LES FLUX DE MATIERE ORGANIQUE DANS LES SEDIMENTS ET DANS LES EAUX, LES BIOMASSE ET ACTIVITE MICROBIENNES ET LA BIOMASSE BACTERIENNE ET LES DENSITES ET LES STRUCTURES DE PEUPLEMENT INTERSTITIELS. L'OBJECTIF ETAIT ALORS DE COMPRENDRE LA DYNAMIQUE DE CES FLUX, DE TESTER LEUR HOMOGENEITE AU SEIN DE LA PLAINE ALLUVIALE DEPUIS LES CONTREFORTS CALCAIRES JUSQU'AU FLEUVE LUI-MEME, ET ENFIN DE MESURER L'IMPORTANCE DES INTERFACES EAUX SOUTERRAINES/EAUX DE SURFACE DANS LA DYNAMIQUE DES NUTRIMENTS (RETENTION, STOCKAGE, UTILISATION, LESSIVAGE) ET DANS LA BIODIVERSITE DE LA PLAINE ALLUVIALE. L'ETUDE DE LA STRUCTURE ET DE LA DISTRIBUTION SPATIO-TEMPORELLE DES PEUPLEMENTS D'INVERTEBRES AQUATIQUES KARSTIQUES ET INTERSTITIELLES MONTRENT UN GRADIENT LONGITUDINAL FONCTIONNEL DIFFERENT DU GRADIENT TOPOGRAPHIQUE. LA RICHESSE ET LA DENSITE DEPENDENT DES TYPES DE CONTACT. C'EST AU NIVEAU DES SOURCES KARSTIQUES COMME INTERSTITIELLES QUE LES ECHANGES SONT LES PLUS INTENSES ENTRE MILIEU SOUTERRAIN ET MILIEU DE SURFACE. ON PEUT DISTINGUER DEUX TYPES D'ECOTONES: CEUX POUR LESQUELS LES QUANTITES DE MATIERE ORGANIQUE SONT FAIBLES ET LA DISPERSION DE LA FAUNE INTERSTITIELLE IMPORTANTE ET CEUX POUR LESQUELS IL Y A D'IMPORTANTES ACCUMULATIONS DE NUTRIMENTS ET UNE GRANDE CONCENTRATION DE FAUNE SOUTERRAINE. DU POINT DE VUE DES FLUX DE NUTRIMENTS, LA PRESENCE DE CULTURES DANS LA PLAINE ALLUVIALE ENRICHIT LE MILIEU SOUTERRAIN EN NITRATES, MAIS DES PHENOMENES DE DENITRIFICATION ET DE RETENTION ONT ETE OBSERVES LORS DE LA PRESENCE DE RIPISYLVES. QUE CE SOIT AU NIVEAU DES GRADIENTS LONGITUDINAUX AMONT-AVAL DES AFFLUENTS OU VERTICAUX SOUTERRAIN-SURFACE, LE CARBONE ORGANIQUE FIN, LA BIOMASSE MICROBIENNE ET BACTERIENNE ET L'ACTIVITE MICROBIENNE SONT LIES A LA REPARTITION DES SEDIMENTS FINS. LA DYNAMIQUE TEMPORELLE DU FACTEUR HYDROLOGIQUE (FREQUENCE ET INTENSITE DES PLUIES) EST DETERMINANTE DANS LES PHENOMENES D'ACCUMULATION, DE RETENTION DE LA MATIERE ORGANIQUE MAIS AUSSI DANS LA DYNAMIQUE DU BIOFILM. EN DEFINITIVE, IL EXISTE UNE TRES GRANDE HETEROGENEITE DE REPARTITION DES RESSOURCES ET DES ORGANISMES AU NIVEAU DES CONTACTS EAU SOUTERRAINE/EAU SUPERFICIELLE AU SEIN DES PLAINES ALLUVIALES QUI JOUENT UN ROLE NON NEGLIGEABLE DANS LES TRANSFERTS DE FLUX VERS LE FLEUVE

Author: Romain Vallée
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En Lorraine, le drainage fréquent des sols argileux favorise les transferts des intrants agricoles (pesticides et engrais) vers les eaux de surface. Dans ce cas, les bandes enherbées réglementaires (BCAE de la PAC) installées en bordure de cours d'eau sont court-circuitées et ne jouent plus leur rôle épurateur vis-à-vis des eaux de surface. Ainsi, des zones tampons humides artificielles (ZTHA) sont préconisées pour prendre le relais des bandes enherbées. Généralement, ces ZTHA sont installées à l'échelle du bassin versant ou du groupe de parcelles et sont donc de taille conséquente, les rendant concurrentielles de la surface agricole utile (SAU). L'objectif de ce projet de recherche est donc d'évaluer l'efficacité de deux ZTHA de taille réduite, installées dans la bande enherbée entre la parcelle drainée et le ruisseau. Pour cela, une approche multi-échelles intégrant des expériences de laboratoire en batch, des suivis dynamiques en bacs pilotes et un monitoring à la parcelle a été mise en place. Afin d'évaluer l'efficacité des ZTHA au cours des saisons de drainage 2012/13 et 2013/14, le suivi des teneurs en nitrate et de 79 pesticides a été réalisé dans les eaux en entrée et en sortie des ZTHA, ainsi que dans diverses matrices environnementales (sols, sédiment, paille, végétaux). Pour les deux dispositifs, la réduction du flux de nitrate s'est montrée stable, comprise entre 5,4 et 10,9 %, alors que la réduction du flux de pesticides s'est montrée très variable, comprise entre -618,5 et 100 %. Cette variabilité a été expliquée par quatre comportements distincts des molécules. Les fortes valeurs négatives d'efficacité ont été expliquées par une contamination des dispositifs à la suite d'épisodes de ruissellement connexes pour des molécules solubles telles que le 2,4-MCPA ou l'isoproturon. Pour ces deux molécules, l'étude de sorption a montré leur faible affinité avec les matrices environnementales, facilitant leur transport par les eaux de ruissellement et de drainage. D'autres molécules, telles que le boscalide ou l'OH-atrazine, ont présenté des abattements proches de 0. Pour le boscalide, ce comportement a été montré au laboratoire, en accord avec ses fortes capacités d'adsorption et de désorption observées lors des études de sorption et en bacs pilotes. Enfin, certaines molécules ont montré des abattements, allant de 9,9 à 100 %, en lien avec leur faible persistance (2,4-MCPA, clopyralid, mésosulfuron-méthyl,...) ou leur forte affinité pour les matrices environnementales (diflufenicanil, propiconazole, propyzamide,...). Ces ZTHA de taille réduite, installées dans les bandes enherbées, sont donc efficaces pour limiter la contamination des eaux de surface par les eaux de drainage agricole. Ainsi, la multiplication de ces dispositifs à l'échelle de la parcelle dans le paysage agricole permettrait de réduire la contamination des eaux de surface par les pesticides et les nitrates tout en préservant la SAU. Toutefois, l'efficacité de ces ZTHA restant limitée vis-à-vis de certains pesticides présentant un Koc faible et une DT50 élevée, leur installation ne doit pas remettre en cause la réduction en amont des apports phytosanitaires sur les parcelles.

Author: Isabelle Greiner
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Dans les moyennes vallees fluviales, l'interface entre rivieres et coteaux presente une forte heterogeneite dont l'origine peut etre naturelle (mise en place des sediments, structure des ecoulements en surface ou en profondeur) ou anthropique (occupation du sol, extraction d'alluvions, amenagements hydrauliques). Alors que la plupart des etudes concernant l'impact des zones humides riveraines sur les flux d'azote ont porte jusqu'a present sur des milieux de superficie limitee et de structure relativement homogene, l'objectif de ce travail etait d'analyser les capacites fonctionnelles d'une mosaique de milieux alluviaux couvrant 100 km#2 et constituant un secteur d'interface avec la seine de 42 km. La mise en place d'un dispositif de 90 piezometres a permis de mettre en evidence une forte variabilite spatio-temporelle des caracteristiques physico-chimiques des eaux souterraines qui transitent dans l'ensemble de la zone. Selon les secteurs, on observe une absence constante de nitrates, leur disparition la majeure partie de l'annee mais avec l'apparition de pics printaniers, un maintien des concentrations entre 10 et 25 mgno#3/l, ou, en certains points, des teneurs toujours nettement superieures a 25 mgno#3/l. L'analyse des facteurs preponderants nous a permis de mettre au point une typologie, basee sur les concentrations en nitrates, de ces zones humides alluviales. Ainsi, l'absence de nitrates est fortement liee au maintien de la nappe dans des horizons superficiels riches en carbone ainsi qu'a la presence de lentilles argileuses reduisant la diffusion de l'oxygene, l'occupation des sols joue un role secondaire. La modelisation des ecoulements et des flux de nitrates, bien qu'exploratoire, a permis de prendre en compte l'impact du transport convectif sur la repartition des concentrations en nitrates. Les resultats dependent fortement de la structure du modele (representation simplifiee du milieu naturel) et de la spatialisation des apports (zone agricole) ou des pompages (zone boisee) de matiere.

Author: ISABELLE.. GREINER
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Pages : 281

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DANS LES MOYENNES VALLEES FLUVIALES, L'INTERFACE ENTRE RIVIERES ET COTEAUX PRESENTE UNE FORTE HETEROGENEITE DONT L'ORIGINE PEUT ETRE NATURELLE (MISE EN PLACE DES SEDIMENTS, STRUCTURE DES ECOULEMENTS EN SURFACE OU EN PROFONDEUR) OU ANTHROPIQUE (OCCUPATION DU SOL, EXTRACTION D'ALLUVIONS, AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES). ALORS QUE LA PLUPART DES ETUDES CONCERNANT L'IMPACT DES ZONES HUMIDES RIVERAINES SUR LES FLUX D'AZOTE ONT PORTE JUSQU'A PRESENT SUR DES MILIEUX DE SUPERFICIE LIMITEE ET DE STRUCTURE RELATIVEMENT HOMOGENE, L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL ETAIT D'ANALYSER LES CAPACITES FONCTIONNELLES D'UNE MOSAIQUE DE MILIEUX ALLUVIAUX COUVRANT 100 KM#2 ET CONSTITUANT UN SECTEUR D'INTERFACE AVEC LA SEINE DE 42 KM. LA MISE EN PLACE D'UN DISPOSITIF DE 90 PIEZOMETRES A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE UNE FORTE VARIABILITE SPATIO-TEMPORELLE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES EAUX SOUTERRAINES QUI TRANSITENT DANS L'ENSEMBLE DE LA ZONE. SELON LES SECTEURS, ON OBSERVE UNE ABSENCE CONSTANTE DE NITRATES, LEUR DISPARITION LA MAJEURE PARTIE DE L'ANNEE MAIS AVEC L'APPARITION DE PICS PRINTANIERS, UN MAINTIEN DES CONCENTRATIONS ENTRE 10 ET 25 MGNO#3/L, OU, EN CERTAINS POINTS, DES TENEURS TOUJOURS NETTEMENT SUPERIEURES A 25 MGNO#3/L. L'ANALYSE DES FACTEURS PREPONDERANTS NOUS A PERMIS DE METTRE AU POINT UNE TYPOLOGIE, BASEE SUR LES CONCENTRATIONS EN NITRATES, DE CES ZONES HUMIDES ALLUVIALES. AINSI, L'ABSENCE DE NITRATES EST FORTEMENT LIEE AU MAINTIEN DE LA NAPPE DANS DES HORIZONS SUPERFICIELS RICHES EN CARBONE AINSI QU'A LA PRESENCE DE LENTILLES ARGILEUSES REDUISANT LA DIFFUSION DE L'OXYGENE, L'OCCUPATION DES SOLS JOUE UN ROLE SECONDAIRE. LA MODELISATION DES ECOULEMENTS ET DES FLUX DE NITRATES, BIEN QU'EXPLORATOIRE, A PERMIS DE PRENDRE EN COMPTE L'IMPACT DU TRANSPORT CONVECTIF SUR LA REPARTITION DES CONCENTRATIONS EN NITRATES. LES RESULTATS DEPENDENT FORTEMENT DE LA STRUCTURE DU MODELE (REPRESENTATION SIMPLIFIEE DU MILIEU NATUREL) ET DE LA SPATIALISATION DES APPORTS (ZONE AGRICOLE) OU DES POMPAGES (ZONE BOISEE) DE MATIERE.

Author: Alain Dupuy
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La presente etude s'inscrit dans le cadre de recherches sur la gestion des pollutions diffuses agricole a l'echelle du bassin versant. Les sols et l'assolement observes sur un bassin versant pilote de poitou-charentes sont utilises dans un modele mecaniste stochastique agriflux pour simuler l'ecoulement de l'eau et le transport des nitrates dans la zone racinaire et dans la frange superieure de la zone non saturee sur une periode de 15 ans. Les resultats de cette sont utilises sous forme de flux saisonniers pour reconstituer les concentrations en nitrates rencontrees dans la nappe. Une approche basee sur un modele de melange a montre que l'on pouvait reconstituer les concentrations de nitrates dans la nappe en fonction des conditions hydrodynamiques et des flux d'eau et de nitrates percolant depuis la surface. Dans une seconde approche, le couplage hydrodynamique entre les differentes zones du milieu (racinaire, non saturee et saturee) est realise sur des modeles d'ecoulement et de transport adaptes a l'echelle du bassin versant. Les flux d'infiltration calcules par agriflux dans la zone non saturee sont utilises comme flux de recharge dans le modele hydrodynamique modflow qui est utilise pour simuler l'hydrodynamique transitoire sur l'ensemble du bassin. Les periodes de contraintes de 90 jours sont determinees a l'aide d'une analyse correlatoire sur les donnees pluviometrique et piezometrique, et permettent de reconstituer un pseudo-regime transitoire par une succession d'etats permanents. Le modele mt3d est utilise pour la simulation du transport des nitrates dans la nappe avec le meme decoupage temporel que celui de modflow. L'hydrodynamique et le transport sont reconstitues sur le bassin sur une periode de 15 ans avec un pas de temps saisonnier. La dynamique des teneurs en nitrates dans une nappe a l'echelle d'un bassin versant et l'impact de differentes pratiques culturales peuvent ainsi etre simules dans une optique de gestion des pollutions diffuses agricoles.

Author: Anne-Sophie Perrin
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Pages : 314

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Les fertilisants azotés sont une source majeure d'acidité pour les sols, et les carbonates, très réactifs, en sont les principaux régulateurs par le biais des processus d'altération. Cette perturbation de l'altération naturelle des carbonates est susceptible de modifier le bilan de carbone de la boucle de l'altération. Différentes approches, à l'échelle de sols et de petits bassins versants du sud ouest de la France (Gascogne) et à l'échelle globale ont ainsi permis de mieux contraindre l'impact de ces modifications sur la qualité des eaux de surface et sur le bilan global du carbone. Les processus d'altération induits par les fertilisants azotés en zones d'agriculture intensive entraîneraient une diminution de la proportion de l'alcalinité par rapport aux calcium et magnésium (mesuré en zone naturelle), correspondant à un minimum de 5,7 à 13,4% et 1,6 à 3,8% du CO2 consommé annuellement par l'altération des carbonates en France et dans le monde respectivement. Cette diminution représente 6 à 15% de la consommation annuelle globale de CO2 par l'altération des silicates. Des expérimentations menées sur colonnes de sols ont montré que la nitrification de l'ammonium accroît les flux de cations par les eaux de drainage et entraîne l'émission directe de quantités considérables de CO2 vers l'atmosphère. Des bilans d'éléments et d'altération des carbonates établis à partir du suivi intensif de deux petits bassins versants agricoles (le Montoussé et le Hay) ont mis en évidence le rôle joué par l'hydrologie, la végétation et la précipitation secondaire de calcite dans la perte relative de consommation de CO2 lors de l'altération des roches carbonatées en zones agricoles.

Author: Sylvain Ferrant
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Languages : fr
Pages : 186

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Ce travail a eu comme objectif de comprendre et quantifier les transferts d'azote agricoles dans les rivières des bassins versants Gascons, afin d'évaluer l'efficacité de scénarii agricoles sur la teneur en azote nitrique des rivières. Un protocole de mesure en continue dans le petit bassin versant agricole d'Auradé (Gers, Sud-Ouest de la France) de 3.3km2 a été mis en place pour mesurer la variabilité de la teneur en nitrate. Les variations infra-journalières des concentrations lors d'évènements de crue sont fortes, les flux correspondant sont importants a l'echelle annuelle. L'approche de modélisation à base physique du bassin versant d'auradé a ensuite été envisagée pour calculer les bilans hydriques et agronomiques de ce type de bassin. Deux modèles de bassin versant ont été choisis : TNT2, entièrement distribué, adapté aux petits bassins versants à nappe superficielle, SWAT, semi distribué, développé pour de plus larges bassins versants. Leur utilisation a permis de : - montrer qu'aucun n'est capable de prédire l'intensité journalière des flux d'azote nitrique observée dans la rivière en période de crue, même si l'approche de SWAT est mieux adaptée pour simuler les transferts rapides - simuler un bilan d'eau et d'azote proche pour les deux modèles mais avec des processus simulés opposés - montrer l'importance de la simulation de la dénitrification et de la minéralisation pour conclure sur la capacité des modèles à reproduire la réalité. TNT2 a été jugé plus adapté pour simuler des scénarios agricoles imaginés ou déjà implantés sur le bassin versant d'Auradé. Les résultats de simulation montrent que les mesures agro-environnementales implantées auraient eu une efficacité de 16% de diminution des flux d'azote nitrique annuels à l'exutoire, à laquelle s'ajouterait encore 18% de diminution en cas d'implantation de Culture Intermédiaire de Piège à Nitrate. Le paramétrage global de SWAT sur la Save, bassin versant de 1110km2 contenant le bassin d'Auradé, a ensuite été modifié pour le contexte agro-pédologique d'Auradé, représentant 25% de la surface du bassin de la Save. Les paramètres hydrologiques majeurs calibrés sur le bassin d'Auradé sont transposés sur cette surface. L'amélioration des prédictions à l'exutoire de la Save est significative, et montre la contribution importante de ces zones aux débits à l'exutoire de la Save lors de certains évènements pluvieux. Une meilleure prise en compte de l'occupation du sol est à envisager pour améliorer ces prédictions.