L’alimentation en eau des écosystèmes de surface associés

Les aquifères ont également un rôle clé dans le cycle de l’eau via l’alimentation des cours d’eau et zones humides associées. Ce service est lié à leur capacité à réalimenter en eau les cours d’eau et les zones humides pendant la période d’étiage (très basses eaux). Les apports d’eau souterraine représentent l’essentiel des apports en eau pendant les périodes sans précipitation dans de nombreux cours d’eau et/ou zones humides situées dans la zone exutoire des nappes aquifères. Cette réalimentation des cours d’eau est très dépendante de la configuration géologique, topographique et hydrologique. Elle est également très dépendante des caractéristiques des cours d’eau et des zones humides.

Les eaux souterraines contribuent ainsi au bon fonctionnement des rivières en période d’étiage en permettant d’éviter plusieurs types de dégradations (Nowak et Michon, 2017) :  La fragmentation des cours d’eau (ou la rupture de la continuité écologique) : le manque

d’eau, par la baisse des niveaux d’eau qu’il induit, peut rendre certains obstacles, naturels ou non, infranchissables ou supprimer des connexions, et de ce fait limiter les déplacements des organismes mobiles comme les poissons et ainsi bloquer leur cycle de vie (exemple des poissons migrateurs) à des périodes critiques.

 L’élévation de la température : la réduction de la vitesse de courant et de l’épaisseur de la lame d’eau rend les cours d’eau plus sensibles à l’ensoleillement. L’élévation de la température peut alors modifier directement la physiologie de certains organismes pouvant aboutir à leur mort en cas de stress thermique très important, et modifier les équilibres biologiques (phénomènes d’eutrophisation, développement de cyanobactéries, augmentation de la virulence de certains agents pathogènes…).

 La modification de la qualité physico-chimique de l’eau : une baisse importante des débits peut, en limitant la dilution et l’évacuation des polluants, augmenter leur concentration dans certaines portions de cours d’eau, plus particulièrement dans le cas de pollutions diffuses (eutrophisation des cours d’eau par exemple).

 La modification de la végétation aquatique : la faiblesse des débits et l’augmentation de la température peuvent faciliter le développement massif de la végétation aquatique dans le lit des cours d’eau. En revanche, en cas de situation extrême (assèchement complet des linéaires), cette végétation peut disparaître totalement.

 L’assèchement des linéaires : En cas de déficit extrême, les milieux aquatiques s’assèchent, entraînant la mort des organismes peu mobiles, comme le sont par exemple les jeunes alevins de poissons ou certains batraciens.

Dans le cadre de la convention AFB-BRGM, une synthèse a été réalisée afin de fournir les éléments d’une meilleure prise en compte des relations entre eaux souterraine, eau de surface et écosystèmes associés pour la mise en œuvre de la DCE (Vernoux et al. 2011). Elle aborde les éléments suivants : (i) relations entre qualité d’une eau souterraine et la qualité d’une eau de surface associée, particulièrement en période d’étiage ; (ii) évaluation des échanges quantitatifs entre eau souterraine et eau de surface ; (iii) impact des eaux souterraines sur les écosystèmes associés ; (iv) impact de l’exploitation des eaux souterraines sur la qualité biologique des cours d’eau. Sur ce dernier point, les auteurs concluent qu’une diminution du débit d’une rivière (suite à l’installation de pompes à proximité) est globalement néfaste pour les écosystèmes présents dans le cours d’eau (Vernoux et al. 2011). Le volet (ii) sur les échanges quantitatifs a aussi fait l’objet récemment du projet NAPROM (Paran et al. 2007, 2008, 2010 et 2012) et de projets sur le Rhône dans le cadre de la Zone Atelier Bassin du Rhône (Paran et al. 2012 ; Parran et al. 2015).

Du fait de leur proximité et relation évidente, ce sont les nappes alluviales qui contribuent le plus à l’alimentation en eau des écosystèmes associés aux eaux de surface et ce, de façon diffuse le long des cours d’eau. De par leur débit très élevé, les sources drainant les nappes karstiques contribuent également, de façon ponctuelle, à l’alimentation des eaux de surface.

Encadré 4. Contribution des eaux souterraines aux débits et à la qualité des eaux de surface : exemple de la Garonne (Danneville, 1997)

La contribution des eaux souterraines aux débits et à la qualité des eaux de surface a été étudiée à une échelle régionale (bassin d'alimentation de la Garonne, en amont de son confluent avec le Tam (15 000 km2_{). Le travail a déployé deux types d’analyses : (i) l'analyse des hydrogrammes de crue (évolution du}

débit des rivières à différentes stations de mesures) et (ii) l'hydrochimie classique et isotopique qui a nécessité des campagnes mensuelles de prélèvements.

Les principaux réservoirs souterrains du bassin sont les aquifères karstiques, les aquifères alluviaux, les formations colluviales et les petits aquifères. L'apport des aquifères karstiques au réseau de surface varie suivant la saison. Il dépend de la nature du karst, de sa dynamique et de son altitude. Pour les nappes alluviales, les échanges qui sont d'ailleurs réduits, ont lieu en période de crue. Enfin, ce travail a mis en évidence l'existence de réservoirs souterrains, encore mal connus, qui ne fournissent pas de résurgence importante : les formations colluviales et les petits aquifères.

La composante souterraine de l'écoulement total de la Garonne à la station de Portet, déterminée à partir de l'extrapolation du tarissement sur l'hydrogramme résiduel (hydrogramme sans l'influence des aménagements et sans l'écoulement neigeux), est comprise entre 46 % et 60 % en 1993. Le ruissellement représente de 34 % à 48 % de l'écoulement total. La composante neigeuse est estimée à 6 %.

Ces origines variables de l’eau fluctuent au cours de l’année hydrologique en fonction de la dynamique des écoulements et induisent une variation de la qualité chimique et biologique de l’eau de surface. Une éventuelle pollution d’un des compartiments du cycle hydrologique peut avoir des conséquences très variables selon la période d’occurrence de cette pollution.