Variabilité temporelle de la qualité de l’eau souterraine

Les écarts types des paramètres physico-chimiques des concentrations en ions majeurs mesurées mensuellement sur l’ensemble des points de suivis sont présentés dans le Tableau III-4. Ces écarts types sont particulièrement faibles dans leur majorité et les coefficients de variations correspondant dépassent rarement 10 % pour les sources. Seules quelques valeurs sont significativement élevées.

Pour les forages, les profondeurs échantillonnées ont souvent été modifiées suite à des difficultés techniques rencontrées lors des prélèvements. Les paramètres mesurés n’étant pas forcément stables le long de la colonne d’eau, les variations de concentrations mesurées sont donc en partie imputables aux différences de niveaux prélevés. D’autre part, les paramètres physico-chimiques, et en particulier la température, ont été mesurés à l’extérieur du forage et sont donc largement influencés par les conditions climatiques atmosphériques au moment de la mesure.

Les paragraphes suivant détaillent ces variations temporelles pour les différents paramètres physico-chimiques mesurés et pour les ions majeurs.

3.1.2.1. La conductivité électrique

Contrairement à la variabilité spatiale décrite dans le paragraphe 3.1.1, la conductivité électrique varie peu au cours d’un cycle hydrologique, pour la majorité des points de mesures. Les écarts types de la conductivité électrique (Tableau III-4) sont compris entre ± 1,7 µS cm^–1 (source Ar1) et ± 9,8 µS cm^–1 (source Sc4) pour les eaux de source et entre ± 5,73 µS cm^–1 (forage Pe5) et ± 39,39 µS cm^–1 (forage Osp9) pour les eaux des forages. Ces variations sont présentées sur la Figure III-13. Cette dernière permet d’observer de légères variations concomitantes pour les eaux des sources C3, H2, Sc4, Pe18 et Ip6 dans une moindre mesure et pour les eaux des forages Ip2, Osp9 et Pe4. L’observation de l’évolution de la minéralisation en parallèle de la pluviométrie permet d’observer la relation existant entre ces deux paramètres. Ainsi, pour ces points de mesures présentant les plus fortes variabilités temporelles, un phénomène de dilution semble exister. En effet, les phases pendant lesquelles la conductivité électrique croît correspondent à des périodes au cours desquelles la pluviométrie est la plus faible. Au contraire, la minéralisation globale diminue pendant les mois les plus pluvieux. L’évolution de la conductivité électrique des eaux de ces sources peut donc être attribuée à des infiltrations d’eau peu minéralisée, récemment infiltrée, qui se mélange avec les écoulements plus anciens.

Le pas de temps mensuel de prélèvement est trop large pour évaluer l’impact des événements pluvieux individuels, de même que le temps de réponse de la minéralisation de l’eau souterraine. Certaines des eaux concernées par ces variations importantes ont fait l’objet de mesures de temps de séjour (paragraphe 3.1.4). Parmi elles, Ip6, H2 et les trois forages concernés ne montrent pas d’effets de mélange avec des eaux récentes. Dans ce cas, les variations de conductivité observées peuvent être attribuées à des écoulements isolés, actifs seulement en période pluvieuse. Pour les eaux présentant de faibles variabilités, un effet tampon de l’aquifère peut être avéré, avec des temps de résidence plus longs dans le sous sol.

152

Figure III-13. Variations temporelles de la conductivité électrique des eaux de sources et de forages et pluviométrie hebdomadaire

153

3.1.2.2. Le pH

Comme la conductivité électrique, le pH des eaux souterraines prélevées varie très peu au cours de l’année. Les écarts types (Tableau III-4) sont compris entre ± 0,10 (source Ar1) et ± 0,30 (forage Pe5). La Figure III-14 permet d’observer les variations de pH mesurées au cours de cette étude. Pour les eaux de sources, quatre périodes se distinguent au cours des deux cycles hydrologiques de mesures. Ainsi, d’avril à juin 2010, août à octobre 2010, mars à mai 2011, et août à novembre 2011, l’ensemble des eaux de sources présentent leurs valeurs de pH les plus fortes. Les périodes citées ci-dessus peuvent être légèrement décalées en fonction des points de prélèvement. Il semble donc qu’au cours d’un cycle, une variation saisonnière des valeurs de pH existe. Le printemps et l’automne correspondent aux périodes au cours desquelles les valeurs de pH sont les plus élevées et les valeurs sont les plus faibles durant l’hiver et l’été.

En été, les valeurs de pH les plus faibles peuvent être attribuées à une forte production de CO2 dans le sol, liée à une activité biologique intense. En hiver, la hausse de pression partielle en CO₂ en réponse aux importantes précipitations est responsable des faibles valeurs de pH. Au printemps et à l’automne, malgré des hauteurs de précipitations non négligeables, l’activité biologique dans le sol est diminuée par rapport à l’été et la production de CO2 reste faible, entrainant des valeurs de pH plus fortes.

Pour les eaux de forages, les mesures n’ont été effectuées que pendant un seul cycle hydrologique. Il n’est donc pas possible de mettre en évidence des périodes d’évolutions récurrentes d’une année à l’autre. D’autre part, les prélèvements ont été réalisés à des profondeurs variables ce qui peut influencer les valeurs de pH mesurées. Néanmoins, une différenciation importante peut être faite entre les pH des ouvrages Pe4 et Pe5 captant des formations de socle (ou du profil d’altération associé) et ceux des ouvrages Ip2 et Osp9 captant des calcaires métamorphiques. Les eaux issues de ces deux ouvrages sont en effet les seules à présenter des pH légèrement basiques, proches de la neutralité. L’ensemble des eaux prélevées par ailleurs présentent en effet des pH légèrement acides. Les pH des eaux des forages Ip2bis et Osp9 (respectivement 7,78 et 7,46 en moyenne) sont caractéristiques d’eaux souterraines s’écoulant au contact de matériaux calcaires.

3.1.2.3. La température

Avec des écarts types compris entre ± 0,09 °C pour l’eau de la source Mac et ± 2,92 °C pour l’eau du forage Osp9 (Tableau III-4), la température est le paramètre qui présente les variations les plus importantes. Ces variations sont représentées sur la Figure III-15.

Les mesures effectuées sur les eaux de sources montrent clairement une évolution saisonnière de la température des eaux souterraines. Au cours des deux cycles de mesure, ces dernières croissent de février à septembre puis diminuent pour atteindre un minimum entre février et mars, suivant les points de mesure.

154

155

Figure III-15. Variations temporelles de la température des eaux de sources et de forages et pluviométrie hebdomadaire

156

Pour les eaux de forages, la température minimum est atteinte en décembre 2010 et le maximum est observé en avril pour Pe5, en septembre pour Pe4 et Osp9 et en juin pour Ip2. Pour des raisons techniques, les températures des eaux de forages ont été mesurées à l’extérieur du puits, après le prélèvement. Il est donc probable que la température extérieure ait une influence sur la mesure effectuée.

Toutefois, ces résultats montrent une forte amplitude thermique au cours de l’année induite par les changements saisonniers de la température atmosphérique. Le pas de temps de mesure est cependant trop large pour observer la réactivité de ce paramètre aux évènements climatiques individuels comme les épisodes pluvieux du mois de juillet 2011.

3.1.2.4. Les ions majeurs

Les variations des concentrations en anions (HCO3^–, Cl^– et NO3^–) sont présentées sur la Figure III-16 et celles des concentrations en cations (Ca²⁺, Mg²⁺ et Na⁺) sur la Figure III-17. Les évolutions observées sont faibles pour l’ensemble des éléments. Les concentrations mesurées sont parfois proches de la limite de détection, et les variations souvent voisines de la gamme d’incertitude. Quelques observations, détaillées ci-après, peuvent néanmoins être faites. Concernant les bicarbonates, les écarts types sont compris entre ± 0,93 mg L^–1 (coefficient de variation de 6,2 % ; source La16l ; Tableau III-4) et ± 13,01 mg L^–1 (coefficient de variation de 9,4 % ; forage Ip2 ; Tableau III-4). Ces variations, visibles sur la Figure III-16, sont peu significatives.

Concernant les chlorures, les écarts types varient entre ± 0,84 mg L^–1 (coefficient de variation de 9,05 % ; source Ar1 ; Tableau III-4) et ± 3,51 mg L^–1 (coefficient de variation de 30,5 % ; source Ip6 ; Tableau III-4). La variabilité est donc plus importante pour les ions chlorures. Elle semble suivre une évolution saisonnière avec les valeurs les plus élevées entre juillet 2010 et septembre 2010 pour les eaux de sources et au mois de juin 2011 pour les forages Ip2, Pe4 et Pe5 (Figure III-16). Cette augmentation des concentrations en Cl^– dans les eaux de sources au cours de l’été 2010 n’est pas observée en 2011. Les ions chlorures ayant une origine purement atmosphériques, ce phénomène peut s’expliquer par des valeurs d’évapotranspiration plus importante en été (chapitre 2). L’enrichissement et donc les concentrations en chlorure des eaux infiltrées sont alors plus importants (ce paramètre sera développé dans le paragraphe 3.2.1.1). L’été 2011 semble relativement atypique avec un mois de juillet très pluvieux. Il est cependant important de nuancer cet effet estivale compte-tenu des faibles amplitudes des variations observées (de l’ordre de 5 mg L^–1 au maximum). Les concentrations en chlorures élevées dans les eaux du forage Osp9 sont attribuées à une origine anthropique.

Les concentrations en nitrates sont globalement faibles, mis à part dans quelques secteurs exposés à des activités agricoles, notamment les sources Ip6, La10c, Ar1, Sc4, La7l et Pe18 et les forages Pe4 et Osp9. Les concentrations en NO₃^–, quasi nulles dans les eaux captées par Osp9, s’expliquent par un phénomène de dénitrification qui sera détaillé dans le paragraphe 3.2.1.1. Les variations observées (Figure III-16) semblent relativement aléatoires et doivent être mises en relation avec l’occupation des sols et les activités en présence d’une part, et avec de faibles activités microbiennes de réduction des nitrates en hiver d’autre part.

157

Les concentrations en calcium sont particulièrement stables pour l’ensemble des eaux suivies. Les écarts types sont compris entre ± 0,78 mg L^–1 (source Mac, Tableau III-4) et ± 5,68 mg L^–1 pour les eaux du forage Ip2 (Tableau III-4). La diminution des concentrations de l’ensemble des points de mesure à partir de novembre 2010 (Figure III-17) peut être attribuée à un artefact de mesure dû en particulier au renouvellement de la colonne de chromatographie ionique. Les concentrations en Mg²⁺ sont également très stables avec des amplitudes de variations comprises entre 0,87 mg L^–1 (forage Pe5 ; Figure III-17) et 2,60 mg L^–1 (forage Pe4 ; Figure III-17). La moyenne des amplitudes est de 1,70 mg L^–1. Dans ce contexte, il est une nouvelle fois difficile de conclure quant à la représentativité de ces variations, les différences observées étant dans la gamme d’incertitude de la mesure. La même constatation peut être faite à propos des ions sodium (Figure III-17). Les variations les plus significatives concernent des amplitudes supérieures à 3 mg L^–1 pour les eaux des sources Sc2 et Sc4 et celles des forages Osp9 et Pe4. Néanmoins, ces différences restent particulièrement faibles et il semble difficile de les interpréter comme des variations naturelles des propriétés chimiques de l’eau.

3.1.2.5. Bilan sur les évolutions temporelles des paramètres

physico-chimiques

Il semble donc que la physico-chimie des eaux souterraines mesurées soit relativement stable au cours de l’année. Seule la température montre des variations importantes sur l’ensemble des points de mesure au cours des deux cycles hydrologiques de mesure. La conductivité électrique et le pH présentent également des évolutions cycliques, en lien direct ou indirect avec les variations climatiques au cours de l’année.

Concernant les ions majeurs, des hypothèses ont été avancées à propos des évolutions annuelles des concentrations. Cependant, la précision analytique ne nous permet pas d’établir rigoureusement de cycles de variations. Dans ce contexte, les concentrations mesurées sont parfois proches de la limite de détection, et les variations observées voisines de la gamme d’incertitudes. Des interprétations de ces variations comme des modifications du signal chimique de l’aquifère pourraient donc être erronées.

L’utilisation d’appareil de mesure plus précis de types ICP (Induced coupled Plasma) ainsi qu’un pas de temps de mesures plus restreint nous auraient permis d’observer l’évolution temporelle des concentrations en ions majeurs de façon plus précise. Malgré tout, les mesures effectuées au cours de cette étude mettent bien en évidence une certaine stabilité du signal chimique. Nous verrons dans les paragraphes suivant que cette stabilité peut s’expliquer par les temps de séjour des eaux au sein de l’aquifère du massif de l’Ursuya. Compte-tenu des faibles variations temporelles décrites dans ce paragraphe, nous n’utiliserons que les moyennes présentées dans le Tableau III-4 par la suite.

159

161

163