Cette partie présente une étude d’applicabilité des POCIS pour la surveillance des pesticides dans les eaux souterraines des plaines alluviales de l’Ariège. La mise en œuvre des échantillonneurs passifs de type intégratif pour le suivi des polluants organiques polaires dans les eaux souterraines est à ce jour très limitée et peu étudiée. L’objectif de cette étude est d’évaluer les capacités des POCIS pour le suivi de l’évolution de la pollution des nappes souterraines de l’Ariège par les pesticides.
a. Contexte de l’étude
La plaine de l’Ariège située dans la région Midi-Pyrénées, comprend deux bassins versants respectivement tributaire des rivières Ariège et Hers Vif, séparés par une ligne de partage des eaux de direction générale nord-sud.
A l’échelle du département, le climat de l’Ariège est de type pyrénéen, caractérisé par une pluviosité importante, un enneigement prolongé et des étés souvent chauds et orageux. Le secteur de la plaine alluviale (partie basse du département) bénéficie de conditions plus douces. La pluviométrie est également importante, notamment en hiver et au printemps avec des pluies relativement violentes favorables au lessivage. Ce contexte climatique favorise le régime hydrologique de l’Ariège de type pluvionival, caractérisé par des hautes eaux en milieu de printemps et des basses eaux de juillet à octobre. L'Hers présente un régime pluvial avec des hautes eaux d'hiver et de début de printemps (de décembre à mai).
Dans l’ensemble, le bassin Adour-Garonne est traversé par 120 000 km de cours d’eau d’une longueur supérieur à 1 km, dont les dépôts alluvionnaires constituent des acquifères alluviaux contenant des nappes à surface libre et peu profondes. Les caractéristiques géomorphologiques et pédo-lithologiques des différentes formations alluviales induisent la distinction de différents aquifères, dont l’aquifère alluvial de la vallée de l’Ariège et de l’Hers Vif, qui constituent une ressource importante en eau dans le bassin Adour-Garonne (Figure 36). Dans le cas de la nappe alluviale de l’Ariège et de l’Hers vif, douze unités appartenant au grand ensemble « Bassin Central de Midi-Pyrénées » et au sous-ensemble « Plaines et terrasses alluviales (Quaternaire) » sont identifiées.
Concernant ce travail de thèse, l’accent sera porté sur l’aquifère des alluvions de la basse terrasse et de la basse plaine (Figure 37).
97 Figure 36 : Bassins versant de l’Ariège et de l’Hers Vif dans la région Midi-Pyrénées. Les niveaux aquifères des alluvions de l’Ariège sont constitués par les graviers grossiers et les lentilles sableuses perméables de la basse terrasse épais de 5 à 6 mètres, et par ceux de la basse plaine dont l’épaisseur varie de 5 à 16 mètres. Ils sont surmontés d’une couverture de 0,5 à 2 m de limons argileux récents, dus aux dépôts formés lors des crues. Les dépôts de la plaine alluviale de l’Hers Vif sont essentiellement formés de sables et de quelques graviers surmontés, comme pour l’Ariège, et de limons argileux récents.
98 Figure 37 : Formations géologiques du bassin versant de l’Ariège et de l’Hers Vif. Ces alluvions sablo-graveleuses de la basse terrasse et de la basse plaine contiennent une nappe libre continue en relation hydraulique directe avec l’Ariège et l’Hers Vif. En effet, la basse terrasse est une terrasse emboîtée induisant une continuité hydraulique avec la basse plaine. Cette nappe soutient le débit de l’Ariège et de l’Hers Vif en l’alimentant durant une grande partie de l’année, notamment en période estivale. L’alimentation de la nappe est assujettie aux apports pluviométriques et dans une moindre mesure au déversement des nappes des terrasses sus-jacentes. De ce fait, le potentiel de recharge du système est particulièrement sensible aux variations climatiques annuelles. Les oscillations de cette nappe sont importantes et les basses eaux très marquées en fin d’été et en automne. La recharge du réservoir alluvial de l’Ariège est principalement assurée par l’infiltration des eaux de pluie.
Contexte agricole et problématique
Le territoire Ariègeois se caractérise par la présence d’un espace naturel principalement non-cultivable, et donc non-exploité par les agriculteurs. Alors que sur le Midi- Pyrénées, 50% de la surface régionale est occupée par des exploitations agricoles, ce taux n’est que de 27 % en Ariège, soit une SAU égale à 132 110 hectares. Une surface répartie en 2660 exploitations en 2010, avec en moyenne de 50 ha de SAU. La plaine et quelques vallées d’Ariège sont couvertes de cultures, tandis que les coteaux permettent principalement l’élevage. L’agriculture n’occupe qu’une part restreinte des terres. En effet, la majorité des exploitations (72%) est orientée vers l’élevage herbivore qui occupe 79% de la SAU (contre
99 28% dans la région). Parmi les cultures dominantes, le maïs-semence occupe une place particulièrement importante notamment dans la plaine Ariègeoise. Celle-ci est très marquée par la présence de parcelles céréalières avec la culture du maïs et du tournesol.
Ces dernières années, l’activité agricole de la plaine rencontre de nouvelles contraintes en relation avec les besoins en eau. En effet, il est constaté que les eaux de la nappe alluviale de l’Ariège et de ses affluents sont de qualité très peu satisfaisante. Cette dégradation est particulièrement due à la présence dans ces milieux de polluants tels que nitrates et produits phytosanitaires. Un abandon progressif des ouvrages captant cette ressource pour un usage d’alimentation en eau potable est notamment observée. La répartition des pesticides dans les différentes ressources en eau souterraines du bassin versant Ariègeois est peu connue. Les niveaux de contamination par les pesticides à une échelle de temps plus importante ne sont peu voire pas du tout étudiés, limitant les connaissances de la dynamique de ces composés dans les sous-sols.
L’objectif de cette étude consiste à déterminer les performances des échantillonneurs POCIS pour l’évaluation de la distribution spatiale des pesticides dans les aquifères alluvionnaires de l’Ariège, et de définir leurs limites d’applicabilité dans le cadre d’un suivi temporel du niveau de pollution des pesticides dans les eaux souterraines.
b. Description des sites d’étude
La zone d’étude est limitée au domaine alluvial des rivières de l’Ariège, entre les communes de Saverdun jusqu’à Pamiers et de l’Hers Vif, entre les communes de Mazeres et Rieucros (Figure 38).
Le secteur d’étude se caractérise par la présence d’un réseau régional de mesures de produits phytosanitaires qui assure à travers différents ouvrages (points de mesure et de contrôle) une surveillance homogène des teneurs en pesticides dans les nappes de la région.
Dans le cadre de la thèse, l’étude de la distribution spatiale des pesticides a été réalisée en sélectionnant cinq points de mesure. Ceux-ci correspondent à des ouvrages piézométriques de contrôle répartis sur des zones potentiellement polluées par les produits phytosanitaires. La Figure 38 représente la répartition de points sélectionnés pour les campagnes d’échantillonnage.
Afin d’étudier l’évolution temporelle des pesticides dans les points d’eau sélectionnés, cinq campagnes d’échantillonnage passif ont été réalisées. La première campagne a eu lieu au mois de mai 2012, et quatre autres campagnes successives ont eu lieu de début juin à début octobre 2012. Le retrait des échantillonneurs POCIS de la campagne « n » correspond au jour de pose des échantillonneurs de la campagne « n+1 ».
Les périodes d’exposition des POCIS pour les 5 points d’eau suivis au cours des cinq campagnes d’échantillonnage sont résumées dans le Tableau 24.
100 Figure 38 : Points d’exposition des échantillonneurs POCIS sur le site de l’Ariège.
c. Exposition des échantillonneurs
L’exposition des POCIS est réalisée grâce à une chaine en acier inoxydable qui sert de point de fixation des échantillonneurs. Dans chaque point d’eau, les POCIS sont déployés à mi- hauteur d’eau. Le faible diamètre des piézomètres ne permettait pas d’exposer les POCIS en plusieurs réplicats, par conséquent, chaque piézomètre est représenté par un seul échantillonneur.
Pour le piézomètre D, les POCIS ont été déployés individuellement à trois profondeur distinctes (-10m, -16m et -20 m). La hauteur de la colonne d’eau associée à ce point de mesure permet d’évaluer l’existence d’une éventuelle stratification des pesticides, et de déterminer la capacité du POCIS à étudier le comportement des différents polluants lors de leur transfert dans les différentes couches du sous-sol alluvionnaire constituant la basse plaine de l’Ariège. En effet, dans un milieu peu agité ou stratifié comme c’est souvent le cas des eaux souterraines, le déploiement à différentes profondeurs permet de façon
101 relativement simple d’accéder à la répartition verticale de concentration des pesticides. Cette application a notamment pour but de caractériser la masse d’eau à différents niveaux de profondeur.
A chaque nouveau déploiement, des échantillons ponctuels (1L) d’eau sont prélevés à l’aide d’une pompe munie d’un tuyau en PVC. Ces échantillons d’eau servent de référence indicative du niveau de pollution des nappes en pesticide aux différentes campagnes. Ainsi, chaque campagne sera représentée par deux échantillons d’eau, correspondant au niveau de pollution dans l’eau au début et à la fin de chaque période d’exposition.
d. Traitement des échantillons et analyses
Après retrait des échantillonneurs POCIS, ils sont placés avec les échantillons d’eau prélevés, dans une enceinte frigorifique et transportés vers le laboratoire. Les échantillons d’eau et les POCIS sont ensuite traités selon les protocoles décrits dans la partie validation laboratoire (calibration des POCIS). Les extraits des échantillons d’eau et des POCIS sont ensuite analysés par UPLC/MS2 selon la méthode analytique décrite dans la partie « méthodes instrumentales ».
Tableau 24 : Dates de déploiement par site.
Période d’exposition des POCIS Mai Juin Juillet Aout Septembre
Point de mesure A Déploiement 09/05/2012 06/06/2012 03/07/2012 01/08/2012 05/09/2012 Retrait 06/06/2012 03/07/2012 01/08/2012 05/09/2012 02/10/2012 B Déploiement 10/05/2012 06/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 05/09/2012 Retrait 06/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 05/09/2012 03/10/2012 C Déploiement 11/05/2012 05/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 Retrait 05/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 02/10/2012 D Déploiement 10/05/2012 05/06/2012 03/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 Retrait 05/06/2012 03/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 02/10/2012 E Déploiement 11/05/2012 05/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 Retrait 05/06/2012 04/07/2012 01/08/2012 04/09/2012 02/10/2012