Le rapport bibliographique (Canal et al., 2011) propose une synthèse des différentes échelles utilisées (paragraphe. 3.4.2., page 37) dans les documents étudiés. Il apparaît, à la lecture du tableau de synthèse, qu’une adaptation de l’échelle d’étude à la complexité de la formation géologique, en lien avec les sources potentielles d’éléments traces, est indispensable.
Ainsi, un niveau régional semble adapté aux formations sédimentaires relativement homogènes (Meybeck
1998; Thévenot et al. 2009). Mais dans les secteurs « de socle » ou « mixte », une analyse cartographique
fine sur un secteur localisé apparait indispensable à une quantification fiable du fond géochimique (Grosbois
et al. 2006; Casiot et al. 2009)
Cette étude doit naturellement s’appuyer sur les résultats de travaux réalisés dans les secteurs géographiques proches, les formations géologiques équivalentes, mais aussi sur les rapports du BRGM (Brenot et al., 2007). Ces rapports constituent une synthèse de l’information disponible, particulièrement sur les eaux souterraines, donc en lien direct avec la potentialité de source en éléments dissous de ces formations. De ces éléments pourront être déduites les échelles à considérer, ainsi que le périmètre de l’étude à considérer.
6.1.2 Périmètre de l’étude
Le périmètre de l’étude dépendra :
- du type de formation géologique identifié comme étant la source de métaux dissous ; les études locales disponibles, les rapports BRGM et l’expertise géologique (hydrogéologie, minéralogie, ….) seront une base de travail ;
- de la nécessité d’identifier un bassin versant exempt de pressions anthropiques à l’origine de ces métaux dissous (rejets, mines, pollutions diffuses, ..).
47 L’étendue du périmètre de l’étude dépend en premier lieu des objectifs et des moyens qu’il est possible d’y consacrer, par exemple :
- une étude globale dans un secteur géologique complexe où l’on souhaite renforcer la connaissance : l’espace de travail sera dimensionné en fonction de l’étendue du type de la formation géologique ciblée ;
- une quantification rendue nécessaire par l’existence de valeurs « atypiques » pour laquelle la connaissance des pressions anthropiques ne permet pas de statuer facilement sur la qualification de l’état chimique ou écologique : dans ce cas, la recherche d’un espace de « référence », de formation géologique similaire à la station en cause, constituera l’essentiel de cette identification.
6.1.3 Mise en place d’un réseau de sites
En premier lieu, le croisement des cartes géologiques avec les couches décrivant le réseau hydrographique est indispensable pour déterminer les bassins versants représentatifs des formations géologiques identifiées. Ensuite, c’est dans cet ensemble de bassins versants que s’effectue la recherche de bassins versants de
« référence », sans pression anthropique (représentant un risque vis-à-vis de l’élément trace (s)), et, si possible,
le plus homogène possible du point de vue géologique.
Le bassin versant de « référence », peut être efficacement identifié en procédant dans l’ordre suivant : - croisement avec les couches de Corine Land Cover en éliminant les occupations de sols
correspondant aux territoires artificiels (poste 1.x.x) et agricoles à fort impact (2.1.x, 2.2.x, 2.4.1., 2.4.2.), et en utilisant a minima les méthodes (seuils) de sélection de sites de référence pour la définition des réseaux de surveillance de la DCE (Pardo et al. 2011) ;
- recherche de sources de pollution localisées, notamment en valorisant les bases de données publiques de type BASIAS (base des Sites Industriel et Activités de Service, BASOL - base Sites et Sols pollués), disponibles sur le site Infoterre (http://infoterre.brgm.fr/) du BRGM, voire l’inventaire minier (notamment rubrique Mines- Substances principales).
Le rapport de l’AMPS (AMPS 2004) liste en annexe V paragraphe 3 les méthodes permettant de valider le caractère « référence » du bassin versant considéré :
- le profil de concentration dans les sédiments (une augmentation de concentration dans les couches supérieures témoignent probablement de contamination anthropique) ;
- le facteur d’enrichissement par la pollution atmosphérique, ou ratio de concentration entre sédiments récents et anciens dans les plans d’eau ;
- les ratios d’éléments, qui, au fil du temps, devraient rester constants en l’absence de pollution ; - la composition isotopique (valable pour le plomb).
Ces méthodes sont utiles pour valider, a priori si les données existent, et a posteriori en cas de doute sur les résultats obtenus, le caractère « référence » du bassin retenu.
Il convient alors de repérer des sites de mesure drainant ce ou ces bassins versants, avec comme critère principal l’accessibilité du site en toutes saisons.
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6.1.4 Choix de l’échelle temporelle
La question principale concerne la fréquence de prélèvements optimale pour garantir une fiabilité de la valeur de concentration obtenue, en considérant par ailleurs qu’une campagne annuelle est envisagée.
Une modélisation des erreurs à craindre à partir d’un jeu de données produit par le Laboratoire de Chimie des Milieux Aquatiques (LAMA) d’Irstea Lyon (Rabiet et al. 2008) a été réalisée à cette fin (Annexe 8).
Ce jeu de données présente les caractéristiques suivantes :
- mesures effectuées sur un site amont (pressions anthropiques faibles) d’un cours d’eau du Beaujolais (la Morcille) dans le Rhône ;
- pluri annuel (2007 – 2010) ;
- une fréquence élevée (27 prélèvements par an en moyenne) ; - des conditions de prélèvements et d’analyses contrôlées ;
- des LQ très inférieures aux valeurs mesurées (et aux préconisations réglementaires) ; - les éléments trace analysés (par ICP-MS) sont As, Cr, Cu, Ni.
Ces données montrent des valeurs comparables en moyennes annuelles d’une année sur l’autre, une variabilité saisonnière (intra annuelle) parfois prononcée comme dans le cas de l’arsenic, une variabilité des données non négligeables (Figure 11). 0 1 2 3 4 5 6 7 10/10/2006 28/04/2007 14/11/2007 01/06/2008 18/12/2008 06/07/2009 22/01/2010 10/08/2010 26/02/2011 14/09/2011 Dates C o n c e n tr a ti o n s e n m é ta u x d is s o u s ( µ g /L ) Cu As
Figure 11 : Représentation graphique des concentrations en As et Cu dissous sur le site de St Joseph (Morcille)
en fonction du temps – données brutes (Irstea LAMA)
Des modèles de simulation des erreurs à craindre ont été réalisés en effectuant des tirages aléatoires répétés (« bootstrap ») selon des modalités simulant différentes fréquence de prélèvements (Figure 12).
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Figure 12 : Simulations d’erreurs à craindre selon le nombre de prélèvements annuels pour les concentrations en As, Cr, Cu, Ni sur la base de données mesurées à St Joseph 69 (Morcille) par le LAMA Irstea.
Il apparait que :
- la grandeur des erreurs se stabilise nettement au-delà de 12 prélèvements par an ;
- les ordres de grandeur varient d’un élément à l’autre (Cu : 22% pour 12 prélèvements, Arsenic : 7 % environ pour 12 prélèvements).
Dans l’état des connaissances actuelles, et, sous réserve de disposer d’un jeu de données au moins aussi complet et de qualité (prélèvements, analyse, LQ), on peut considérer que la fréquence mensuelle (12 prélèvements par an) constitue une fréquence adaptée à la quantification de ce niveau de concentrations
en contexte naturel.
En ce qui concerne le nombre de campagne de mesure (d’années de suivi), il n’apparaît pas possible de tirer des enseignements d’un tel jeu de donnée. En revanche, il apparaît réaliste d’envisager de réaliser des campagnes plusieurs années, pour tenir compte, en particulier, des variations hydrologiques.