HAL Id: tel-00128208
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du bassin de la Garonne, cas des metaux et des nitrates
David Baque
To cite this version:
David Baque. Perturbations anthropiques du réseau hydrographique du bassin de la Garonne, cas des metaux et des nitrates. Hydrologie. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. Français.
�tel-00128208�
UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER
L ABORATOIRE DES M ECANISMES DE T RANSFERT EN G EOLOGIE , UMR 5563
THESE
Pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Toulouse III
Discipline : Sciences de la terre et de l’environnement Spécialité : Hydrochimie
Présentée et soutenue
par
David BAQUE
le 28 septembre 2006
« P ERTURBATIONS ANTHROPIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE DU BASSIN DE LA G ARONNE , CAS DES METAUX ET DES NITRATES »
Devant la commission d’examen composée de :
A. COUDRAIN Directrice de Recherche à l’IRD de Montpellier Rapporteur
G. BLANC Professeur à l’Université de Bordeaux I Rapporteur
B. DUPRE Directeur de Recherche au CNRS de Toulouse Président
J.L. ROLS Professeur à l’Université de Toulouse III Examinateur
F. SIMONET A. E. A. G. Connaissance et Planification Examinateur
M. LOUBET Physicien au CNRS de Toulouse Directeur de thèse
UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER
L ABORATOIRE DES M ECANISMES DE T RANSFERT EN G EOLOGIE , UMR 5563
THESE
Pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université Toulouse III
Discipline : Sciences de la terre et de l’environnement Spécialité : Hydrochimie
Présentée et soutenue
par
David BAQUE
le 28 septembre 2006
« P ERTURBATIONS ANTHROPIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE DU BASSIN DE LA G ARONNE , CAS DES METAUX ET DES NITRATES »
Devant la commission d’examen composée de :
A. COUDRAIN Directrice de Recherche à l’IRD de Montpellier Rapporteur
G. BLANC Professeur à l’Université de Bordeaux I Rapporteur
B. DUPRE Directeur de Recherche au CNRS de Toulouse Président
F. SIMONET A. E. A. G. Connaissance et Planification Examinateur
M. LOUBET Physicien au CNRS de Toulouse Directeur de thèse
A ma grand-mère Juliette, à mes parents Marjolaine et Guy dont le soutien a toujours été sans faille durant ces nombreuses années d’étude et de thèse.
A Valé, Pripri, Jéjé et Fabe sans qui je ne serais pas allé au bout de ce travail.
Bonne lecture…
SOMMAIRE
I NTRODUCTION G ENERALE ……….... 7
Chapitre I ...13
PRESENTATION DU BASSIN DE LA GARONNE I / Cadre géographique ... 15
II / Cadre géologique... 18
III / Cadre climatique ... 19
IV / Cadre hydrographique... 19
V / Cadre économique ... 20
Chapitre II ...21
MATERIEL ET METHODES ... I / Mise en forme et conservation des échantillons en vue de leur analyse23 A. Les eaux... 23
A.1. Préparation du matériel destiné au stockage et à l’analyse des eaux... 23
A.2. Echantillonnage et filtration des eaux... 24
A.3. Attaque des eaux brutes ... 25
B. Les sédiments ... 26
II / Méthodes analytiques ...27
A. Spectrométrie d’absorption : mesure des cations majeurs... 27
B. Anions majeurs : ... 28
B.1. Chromatographie ionique : chlore, nitrates, sulfates ... 28
B.2. Mesure des alcalinités par titration ... 29
C. Mesure par spectromètre U.V de la silice ... 31
D. Mesure par oxydation catalysée du carbone organique dissous ... 31
E. Mesures par ICP-MS des éléments traces ... 32
E.1. Principe physique de l’ICP-MS : ... 32
E.2. Problèmes liés à la mesure par ICP-MS ... 33
III / Précisions analytiques : résumé...40
LES ELEMENTS TRACE METALLIQUES (ETM) DANS LE SYSTEME FLUVIAL DE
LA GARONNE ...41
I / Les Eléments Trace Metalliques (ETM) dans l’environnement : généralités ...43
A. Les éléments trace métalliques : aspects environnementaux ... 45
B. Les éléments trace métalliques : pollution dans les eaux naturelles... 56
II / Problématique scientifique et objectifs de l’étude ...60
A. Problématique scientifique ... 60
B. Objectifs de l’étude ... 61
C. Plan d’échantillonnage de l’étude ... 62
III / La campagne d’échantillonnage des eaux ...62
A. Problèmes liés à l’échantillonnage pour l’établissement des flux élémentaires. 62 B. Modalités de l’échantillonnage ... 65
IV / Présentation et analyse des résultats ...70
A. Les débits ... 70
B. Les concentrations ... 99
C. Mode de transport des métaux traces : S (%) d’éléments dissous... 107
C.1. Forme théorique de S ... 107
C.2. Forme simplifiée de S ... 109
C.3. Résultats, interprétations de S (%) ... 110
C.4. Conclusion sur S (%)... 124
D. Facteur d’enrichissement ... 125
D.1. Définition du facteur d’enrichissement : FE ... 125
D.2. Facteurs pouvant biaiser l’interprétation du FE ... 125
D.3. Analyse des résultats du FE... 127
E. Origines des enrichissements des eaux de rivières du bassin de la Garonne 138 E.1. Facteurs d’enrichissement des alluvions ... 138
E.2. Retombées atmosphériques sur la ville de Toulouse ... 140
E.3. Proportions de métaux d’origine anthropique dans les eaux du bassin de la Garonne ... 143
E.4. Enrichissements metalliques des rivières : Origine diffuse « générale » ou anomalie « régionale » ? ... 144
F. estimation des Bilans de Flux métalliques : apports atmosphériques et flux des rivières... 149
F.1. Définition du flux moyen annuel exporté par les rivières... 149
F.2. Cas des flux à Muret et à Port Sainte Marie... 149
F.3. Estimation des flux exportés par les rivières ... 150
F.4. Comparaison des flux exportés par la Garonne avec les apports atmosphériques : estimation des bilans de masse ... 151
VI / Conclusion générale sur les éléments trace dans le système fluvial de la
Garonne...154
ETUDE DU TRONCON DE GARONNE TOULOUSE CONFLUENCE AVEC LE TARN157
I / Objectifs scientifiques ... 159
II / Stratégie d’échantillonnage... 160
A. Campagne préliminaire : « état des lieux »... 160
B. Campagnes en périodes d’étiage ... 161
III / Validité de la stratégie d’échantillonnage des campagnes étiage en vue du suivi et de l’évaluation de flux d’éléments ... 162
IV / Analyse des résultats :... 163
Evaluating anthropogenic inputs and their downstream impact in a great river including an urban area : the Garonne river (SW France) around Toulouse city. ... 164
Chapitre V ...199
DEVENIR DES NITRATES ET FONCTIONNEMENT BIOGEOCHIMIQUE DE LA ZONE HUMIDE DE MONBEQUI ...199
I / LE CYCLE GENERAL DE L’AZOTE...201
A. Réactions dans la troposphère ... 202
B. Réactions dans la stratosphère ... 202
C. Perturbations anthropiques du cycle de l’azote : émissions urbaines, pratiques agricoles... 202
D. Rôle de la nitrification et de la dénitrification... 206
II / LE CYCLE DES NITRATES DANS UNE ZONE HUMIDE ...207
A. Flux de nitrates entrant dans la zone humide : Φ
E... 209
B. Flux de production de nitrates par nitrification : Φ
Nit... 211
C. Flux de nitrate assimilé par les organismes végétaux : Φ
Ass... 211
D. Flux de nitrate consommé par dénitrification : Φ
Dénit... 213
E. Flux de nitrates consommé par la réduction dissimilative des nitrates en ammonium : Φ
Diss... 214
F. Flux de dilution «pur» des nitrates entre nappe et Garonne : Φ
N/G... 214
G. Concurrence des différents processus mettant en jeu les nitrates ... 216
III / Problématiques scientifiques et objectifs de l’étude ...218
A. Cadre scientifique général... 218
B. Problématique de l’etude ... 219
C. Objectifs de l’étude ... 219
IV / Zone humide de Monbéqui : Equipement et échantillonnage...220
B. Présentation de la zone humide de Monbéqui ... 220
C. Equipements de la zone humide de Monbéqui... 221
D. Echantillonnage des eaux : sites et modalités... 222
E. Mesures Physico-chimiques ... 222
teneurs ? ... 225
B. Evaluation des flux de nitrates : méthode des bilans de flux de nitrates... 227
B.1. Rappel du principe de la méthode des bilans ... 227
B.2. Problèmes liés à l’utilisation de la méthode des bilans... 227
B.3. Alternatives à la méthode des bilans... 227
VI / Méthode des diagrammes de mélange ...228
A. Principe du modèle de mélange ... 228
B. Application du modèle de mélange à des éléments conservatifs ... 230
B.1. Choix des traceurs conservatifs... 230
B.2. Estimation des pôles de mélange... 233
B.3. Evaluation des contributions des eaux de «nappe» et de la «Garonne».... 234
B.4. Interprétation du modèle de mélange «Garonne», «nappe»... 238
C. Cas des éléments non conservatifs... 242
C.1. Applications du modèle de mélange à des éléments non conservatifs... 242
C.2. Présentation des résultats : répartition spatiale des ∆C
ij(%)... 244
C.3. Identification de zones aux caracteristiques differentes (sur la base de leurs ∆C
ij(%)) dans la zone humide : ... 262
C.4. interprétation des mécanismes biogeochimiques a l’origine des caracteristiques distinctes de ces zones ... 263
VII / Etude de l’anomalie en cérium : le couple Ce
3+/Ce
4+traceur des conditions d’oxydo-réduction ? ...291
A. Problèmes de la mesure in situ de couples redox et utilisation de traceurs naturels... 291
B. Propriétés des terres rares dans les eaux... 298
C. Spectre des terres rares des eaux de Monbéqui ... 299
D. Cas du Ce : etude des anomalies (δCe) ... 304
VIII / Conclusion générale sur le devenir des nitrates et le fonctionnement biogéochimique de la zone humide de Monbéqui...314
C ONCLUSION GENERALE ……… 319
Références bibliographiques……….. 329
Annexes………. 353
Liste des équations……….. 469
Liste des figures………... 471
Liste des tableaux……….…… 475
INTRODUCTION GENERALE
contenue dans les océans sous forme salée (1 300 000 km
3), joue un rôle de réservoir thermique régulateur du climat.
Le cycle hydrologique conditionne un grand nombre de mécanismes se produisant à la surface de la terre et en particulier les phénomènes d’érosion.
L’érosion mécanique et chimique liée à l’eau peut être puissante voire spectaculaire, donnant naissance, année après année, à des paysages atypiques (gorges étroites, grands canyons, gouffres, grottes...). Je pense en particulier aux fabuleux paysages parsemés de
« cheminés de fée » que l’on peut rencontrer en Sierra de Guara (Espagne, Pyrénées Aragonaises) et en Cappadoce (Turquie) ou encore aux paysages lunaires des plateaux karstiques du Larzac et de la Pierre Saint Martin (Pyrénées Atlantiques).
Les mers et les océans font également leur œuvre, creusant inlassablement de leurs vagues les falaises. Enfin, comment rester insensible à la beauté des Calanques de Cassis (Marseille), de Piana en Corse ou bien encore devant la puissance des falaises normandes ?
Du plus profond des océans où les bactéries se développent, au niveau des rides océaniques, en passant par certaines régions arides du globe (désert de Gobie) où la saison des pluies est le théâtre d’une véritable explosion végétale, pour finir par des fleuves mythiques comme le Gange et le Nil le long desquels des peuplades se sont développées et prospèrent depuis la nuit des temps… l’eau est intimement liée à la vie.
L’eau, un bien universel inépuisable ?
Pluies, rivières, nappes… l’eau se moque éperdument des frontières érigées par l’homme.
Pourtant, l’homme veut se l’approprier. Elle devient alors un véritable enjeu géopolitique. Le partage des eaux du Jourdain, sur fond de conflit Israélo-palestinien, en est un exemple criant.
« Or bleu », « pétrole du XXI
esiècle », les termes utilisés par les journalistes et les économistes ne manquent pas pour qualifier la crise mondiale de l’eau qui semble se profiler à l’horizon. Des perspectives qui sont de toute évidence justifiées par une chute des ressources mondiales en eau douce non polluée estimée à 40% au cour du siècle dernier (World water vision, 2000. Rapport du Conseil mondial de l’eau, 110p.).
Croissance économique et industrielle, démographie galopante, développement de l’agriculture intensive, dérèglement du climat, localisation géographique Nord/Sud… autant de facteurs communément évoqués pour expliquer les pénuries et dégradations des ressources en eau de plus en plus fréquemment observées dans certaines régions du monde.
Il s’avère que, chaque pays, chaque région présente une problématique de l’eau bien spécifique.
Dans les pays du sud où l’eau fait parfois cruellement défaut, bien précieux et respecté, elle fait l’objet de convoitises et donc de conflit entre ethnies. Convoitises qui ne sont pas seulement internes au pays mais qui sont internationales. Dépourvus de législation spécifique, ces pays sont en proie au monopole de multinationales de l’eau (leadership français) alléchées par les perspectives de marché qu’offrent ces pays en voie de développement (captage, traitement, transport, distribution). C’est ainsi, qu’en 2001, le Brésil et l’Inde voient se multiplier des mouvements de paysans qui craignent que les intérêts privés leur confisquent l’accès à ce qui est, pour eux, source de vie et de travail.
Dans les pays occidentaux, le « luxe » d’avoir l’eau « courante » (ce terme parle de lui- même) et l’abondance de ressources jusqu’alors peu polluées a fait oublier à l’homme
« moderne » combien l’eau est un bien précieux. Depuis l’après guerre avec le
développement des grandes métropoles autour de centres industriels, la mécanisation de
l’agriculture etc.… l’homme ne cesse de bafouer les ressources en eau. A l’instar des excès
dernières années. Quand il y a mécontentement du peuple, politiciens, et par voie de conséquence gestionnaires s’emparent du problème.
Quelle politique de l’eau ?
Une politique d’expansion sans se soucier des lendemains comme le pratiquent les Etats-Unis à l’égard de ses voisins mexicains et canadiens, en vue d’alimenter son développement économique (notamment des zones arides comme le Texas, la Californie, le Nouveau Mexique, le Nevada) ?
En vertu d’un traité de 1944, le Mexique a l’obligation de fournir 450 milliards de litres d’eau par an aux Etats-Unis, principalement pour le sud du Texas. Traité que les Etats-Unis refusent de renégocier malgré les vagues de sècheresse auxquelles le Mexique a du faire face ces dernières années.
Les riches ressources en eau du Canada (20% des ressources mondiales en eau douce), notamment dans la région des grand lacs, sont convoitées par son voisin américain.
L’eau en vrac ayant été classée comme bien négociable selon l’OMC et l’accord de libre échange nord-américain (Alena) a poussé le gouvernement canadien à protéger ses ressources en eau douce en adoptant un projet de loi « interdisant les prélèvements massifs des eaux limitrophes canadiennes ». Cependant, il ne peut adopter une loi interdisant les exportations d’eau en vertu de l’Alena.
Une privatisation générale de la chaîne des services de l’eau, dans l’espoir de faire baisser la facture de l’eau, comme cela a été pratiqué en Angleterre et au Pays de Galle ? Il semblerait que cette libre concurrence n’ait pas eu l’effet escompté. Les contribuables de ces pays ont vu leur redevance augmenter de 40% ces quinze dernières années.
Le système hybride à la française ?
Celui-ci fait des émules chez nos voisins Allemands, Italiens, Espagnols et même Marocains qui semblent vouloir s’en inspirer. Le territoire français est partagé en 6 zones géographiques correspondant à des bassins versants naturels. Chaque bassin est géré par une agence qui perçoit la taxe sur l’eau, qui impulse et définit en « concertation » une politique de gestion des ressources, ce, au travers de comités de bassins qui réunissent périodiquement gestionnaires publics et semi-publics, associations environnementales et secteur privé. Ces agences surveillent également, appuyée par les DIREN de bassin (Direction Régionale de l’Environnement), la qualité et le niveau des eaux. La gestion du captage, du traitement, du transport et de la distribution est, elle, assurée par les communautés de communes ou d’agglomérations via des entreprises privées.
Le bassin Adour Garonne en est un bon exemple.
Sources : Le Monde, mardi 20 février 2001, dossier économique.
Le bassin Adour – Garonne – le groupe d’étude ECOBAG - le problème des contaminations anthropiques
De ce point de vue, et tout en gardant ses spécificités, le Bassin « Adour Garonne »
demeure un cas d’école pour sa gestion. En effet, sa principale caractéristique est sa forte
vocation agricole traditionnelle. A tord ou à raison, l’agriculture est souvent montrée du
doigt pour ses besoins en eau (80% de l’eau consommée en France l’est par l’agriculture) et
pour son utilisation abondante de produits azotés et de pesticides. Le bassin de la Garonne
n’échappe pas à cette tendance avec sa situation méridionale et le développement de
cultures gourmandes en eau et en fertilisants (maïs, soja…) sur les terres des collines
gasconnes plus arides et moins riches que celles des plaines traditionnelles de l’Adour. Ces
régions ont vu dans les années 80-90 exploser le nombre de créations de lacs colinéaires et
le développement du réseau hydrographique d’irrigation (Gers, Baïse, Gimone, Save,
Arrats...), avec comme maître d’œuvre la CACG (Compagnie d’Aménagement des Coteaux
le Massif Central : jongler entre les besoins énergétiques hivernaux et le soutien des débits d’étiages, gérer les ressources transpyrénéennes avec nos voisins espagnols et, ce, à travers de divers organismes tels EDF, CACAG,
*IIAHMN…
On le voit très bien à travers des projets comme celui de la construction du barrage de Charlas (Haute Garonne), du futur aménagement titanesque de l’Ebre (23 milliards d’euros, 70 barrages, 1050 hectolitres pour irriguer l’est et le sud de l’Espagne), la gestion de l’eau destinée à l’agriculture demeure un sujet épineux. Elle fait couler de l’encre au-delà des montagnes et soulève de nombreuses questions socio-culturelles au sein des populations locales.
Quelles solutions apporter : Optimiser la consommation ? Mieux légiférer et surveiller (chasse aux pompages intempestifs par exemple) ? Changer les pratiques culturales et culturelles ?
Les autres principales caractéristiques anthropiques de ce grand bassin versant français (le deuxième par sa superficie après la Loire) sont les suivantes :
− présence de deux grandes métropoles, Toulouse et Bordeaux génératrices d’effluents domestiques et industriels (azote, phosphore, chlore…) et d’émissions atmosphériques par l’intermédiaire des industries, des fumées d’incinération et de l’automobile (NO
X, SO
2, métaux),
− présence de nombreux centres miniers désaffectés dans le Massif Pyrénéen et le piedmont du Massif Central etc…
Ces dernières années, le bassin Adour Garonne, fait l’objet d’une expérience originale menée à travers le Groupement d’Intérêt Scientifique Economie et Ecologie du Bassin Adour Garonne (GIS-ECOBAG). Cette institution regroupe l’ensemble des acteurs du bassin, gestionnaires publics et semi-publics, secteur privé et scientifiques (sociologues, hydrobiologistes et hydrogéochimistes) en vue d’une meilleure gestion du bassin par une volonté d’échange d’information entre les diverses communautés, d’une mise en œuvre de projets communs plus en adéquation avec les demandes des gestionnaires et l’élaboration d’outils facilement utilisables par ces derniers.
*
IIAHMN : Institution Interdépartementale pour l’Aménagement Hydraulique de la Montagne Noire.
Objectifs de ce travail
Les travaux de cette thèse sont ainsi définis dans ce bassin versant de la Garonne où l’activité anthropique semble à priori bel et bien présente. Ils se sont déroulés au sein du Laboratoire des Mécanismes de Transfert en Géologie (UMR 5563, CNRS, UPS, IRD) entre septembre 1996 et juin 2000. Cette thèse n’a pas pour ambition de répondre à l’ensemble des questions inhérentes au problème de la gestion de l’eau (qualité et quantité) sommairement énumérées ci-dessus. Mais, elle vise à évaluer l’effet des perturbations anthropiques sur la qualité des eaux du bassin de la Garonne, et plus spécifiquement en ce qui concerne les éléments métalliques en trace (ETM) et les nitrates. L’ensemble de ce travail se veut résolument tourné vers les objectifs de gestion intégrée affichés par le GIS- ECOBAG. Cette étude, par l’utilisation d’outils géochimiques simples associés aux suivis hydrologiques, se veut préliminaire à d’autres travaux plus spécifiques qui devront suivre.
Elle devra nous amener à se poser un certain nombre de questions concernant la gestion des
milieux aquatiques. Nous essaierons, dans la mesure du possible, d’apporter un début de
réponse à ces questions ou bien de proposer de nouvelles directions à explorer. Nous allons
donc tenter d’apporter notre pierre (car il s’agit bien d’un travail collectif) à cet édifice de
description et de compréhension des systèmes naturels soumis à des contraintes
anthropiques, en restant le plus objectif possible.
1) Dans le cas des métaux, il s’agit de mettre en évidence et de mesurer l’importance de la contamination anthropique vis à vis d’un fond géochimique naturel.
Puis, nous discuterons de manière générale (sans entrer dans des études locales détaillées) sur l’origine de cette contamination,
2) Concernant les nitrates, il s’agit de quantifier également l’apport anthropique puis, d’évaluer le devenir de ce composé le long d’un continuum fluvial et dans une zone humide riveraine.
Ces travaux s’articulent autour de cinq chapitres :
Le chapitre I, présente de manière concise les caractéristiques géologiques et climatiques du bassin Adour Garonne.
Le chapitre II décrit les méthodes de traitement et d’analyse des échantillons naturels, des eaux mais également de quelques sédiments prélevés dans le cadre des différentes études qui seront présentées dans les chapitres suivants.
Les chapitres III et IV sont le fruit d’appels d’offres provenant de l’Agence de l’Eau Adour Garonne.
Le chapitre V, émane du Programme National de Recherche sur les Zones Humides avec de fortes collaborations au sein de la communauté du GIS-ECOBAG.
Les trois chapitres principaux sont classés par ordre décroissant d’échelle spatiale :
− chapitre III : échelle du réseau hydrographique de la Garonne en amont de la confluence avec le Tarn (34000km
2).
Cette étude c’est déroulée entre avril 1998 et juin 2000.
− chapitre IV : échelle d’un tronçon de Garonne en aval de Toulouse (60 km de linéarité). Les deux études principales ont eu lieu lors des étiages d’octobre 1997 et juillet 1999.
Elles font suite à une étude préliminaire du tronçon entre mars 1997 et avril 1998.
− chapitre V : échelle locale de la zone humide de Monbéqui (25 ha, 40 km en aval de Toulouse).
L’étude porte sur la campagne d’échantillonnage du 29 et 30 mars 2000.
Les chapitres III, IV et V constituent le cœur de cet ouvrage :
Dans le chapitre III, nous tenterons d’évaluer si oui ou non les eaux du réseau hydrographique du fleuve Garonne présentent des signes de contaminations anthropiques en éléments métalliques (Pb, Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd…).
Si c’est le cas, nous tenterons de mettre en évidence les mécanismes et d’identifier les possibles sources de pollutions. Enfin, une estimation des bilans entre ces entrées anthropiques en métaux trace et l’exutoire de la zone d’étude du bassin sera réalisée.
Dans le chapitre IV, on s’intéressera au devenir des formes azotées (nitrates et ammonium), en période critique d’étiage (bas débits estivaux, 50 m
3/s), le long d’un tronçon de Garonne Toulousaine.
Pour cela nous avons suivi les flux en éléments majeurs (Na
+, NH
4+, K
+, Mg
2+, Ca
2+, Cl
-, NO
3-, SO
42-) le long de ce tronçon. Ce suivi des flux, par des bilans successifs d’amont en aval, sera utilisé pour déterminer quels éléments sont « éliminés » ou « produits » (ou
« injectés ») dans le lit de la Garonne. Il doit également nous permettre de caractériser et
de quantifier les apports anthropiques liés au passage de la ville de Toulouse et de détecter
éventuellement des flux non échantillonnés (entrées anthropiques, nappes…).
facteurs favorisant le pouvoir d’élimination des nitrates généralement attribué aux zones humides riveraines.
Dans un premier temps, nous utiliserons des éléments conservatifs c’est à dire non affectés par les processus biogéochimiques. Ils nous serviront à évaluer le mélange entre les eaux de la Garonne et celles de la nappe se réalisant au sein de la zone humide de Monbéqui. Après s’être affranchi de ce problème de dilution entre ces deux réservoirs, nous utiliserons des éléments non conservatifs choisis pour leur cycle intimement lié au processus de dénitrification, un des processus majeur responsable de l’élimination des nitrates. Des zones de production ou, au contraire, de consommation de ces éléments non conservatifs en liaison avec les processus biogéochimiques, dont les nitrates font partie, seront mises en exergue. Par la suite, nous mettrons en confrontation les zones de perte ou de production de ces différents éléments non conservatifs avec proportions d’eau de Garonne et données géomorphologiques. Ceci devra nous permettre de dégager les processus majeurs responsables de l’élimination des nitrates et d’identifier les facteurs favorisant leur consommation.
Ces trois chapitres sont construits de façon similaire :
i) Une partie introductive dans laquelle sont abordées les problématiques environnementales liées aux éléments étudiés (éléments métalliques en traces pour le chapitre III, azote pour le chapitre IV). Le chapitre IV, plus succinct sous forme d’article, forme une continuité avec le chapitre V autour de la thématique des nitrates et ne présente donc pas cette partie introductive.
ii) Une deuxième partie qui présente les objectifs fixés et les moyens pour les réaliser (stratégies d’échantillonnages, analyses…).
iii) Une troisième partie consacrée à la présentation et à l’analyse des données.
CHAPITRE I
PRESENTATION DU BASSIN DE LA GARONNE
I / CADRE GEOGRAPHIQUE
Le bassin de la Garonne se situe au cœur du bassin d’Aquitaine (43° à 46° nord, 1,5°
ouest, 4° est, Figure I 1) et représente environ la moitié de la superficie de ce dernier (soit un dixième du territoire français).
Figure I 1 : Situation du Bassin d’Aquitaine au sein de l’Europe.
En totalité le bassin Adour Garonne recouvre près de 120 000 km
2soit près de 22% de la superficie continentale française.
Le bassin de la Garonne est délimité au nord-est par les contreforts du Massif central
(Cantal, Aubrac, point culminant le Puy de Sancy, 1885 m), à l’est par les Cévennes, au sud
par une partie de la chaîne Pyrénéenne (Massif de la Maladetta ; de l’Aneto, 3404 m et du
Montcalm) (Figure I 2). D’un point de vue hydrologique, on considère en général que
l’exutoire du bassin de la Garonne se situe à Mass d’Agenais (station 00 de la Figure I 2). Sa
superficie est alors de 52 000 km
2(Probst et Tardy, 1985). La Garonne, fleuve central de ce
bassin, prend sa source dans les Pyrénées ; plus exactement dans le Massif de la Maladetta
vers 1900 m. L’origine exacte de sa source, généralement attribuée au légendaire Trou du
Taureau, fait l’objet de nombreuses controverses au sein des populations locales (une seule
source, plusieurs sources ? Laquelle ? Lesquelles ?). Elle se jette en suite dans l’estuaire de
la Gironde (bec d’Ambes) pour terminer sa course dans l’Océan Atlantique. Sa longueur
totale est alors de 650 km. C’est le plus long fleuve du Sud-ouest devant l’Adour et la
Charente (Figure I 2). Son débit moyen interannuel sur une période de référence de 146 ans
(1832, 1978) est de 632 m
3/s (Probst, 1989). De part son débit, elle constitue le troisième
bassin français après le Rhône (1051 m
3/s) et la Loire (814 m
3/s) et le huitième européen, loin derrière le Danube (5447 m
3/s ; Probst, 1989).
Figure I 2 : Réseau hydrographique et principales stations de mesure des débits du Bassin
d’Aquitaine.
1 Massifs cristallins de la zone axiale des Pyrénées et du Massif central (schistes, gneiss, granites)
2 Paléozoïque de la zone interne métamorphique des Pyrénées (granite, migmatites, gneiss)
3 Substratum mésozoïque d’Aquitaine : calcaire, marnes et schistes des contreforts pyrénéens ; calcaire du Périgord et du Quercy
4 Calcaires et marnes de l’Eocène 5 Molasse calcaire de l’Oligocène 6 Sidérolithique (Cénozoïque)
7 Molasse et argiles rouges à galets (acides) du Miocène 8 Colluvions caillouteuses et limoneuses du Pliocène 9 Sables des Landes
10 Formations continentales du Quaternaire.
Figure I 3 : Carte géologique du bassin d’Aquitaine (Revel, 1982)
II / CADRE GEOLOGIQUE
Le bassin de la Garonne est constitué de quatre grands ensembles géologiques (Figure I 3)
A. LE BASSIN SEDIMENTAIRE D’AQUITAINE
Ce bassin est pratiquement occupé dans sa totalité par des molasses d’âge tertiaire, de type fluvio-lacustre, dont l’accumulation s’est déroulée dans un climat chaud et humide.
Nous pouvons distinguer deux domaines dans ce bassin sédimentaire :
¾ Un domaine nord correspondant à la rive droite de la Garonne et constitué de molasses calcaires, déposées à l’Oligocène,
¾ Un domaine sud correspondant à la rive gauche de la Garonne et constitué par le piémont des Pyrénées, d’âge Miocène, avec des argiles rouges à galets d’âge Pontien.
(A) L A CHAINE P YRENEENNE
La chaîne pyrénéenne se subdivise en trois zones :
¾ la zone axiale constituée de granites, de gneiss et de schistes formant la haute chaîne primaire,
¾ la zone Nord pyrénéenne composée de granites, de migmatites et de gneiss,
¾ la zone sous pyrénéenne dessinant les premiers contreforts du massif est constituée de calcaires, de marnes et de schistes.
(B) L A BORDURE S UD - OUEST DU MASSIF CENTRAL
La bordure Sud-ouest constitue un socle Paléozoïque à dominante schisteuse qui se prolonge à l’est par des formations gneissiques puis granitiques.
(C) L ES ALLUVIONS DU QUATERNAIRE
Sur la rive gauche de la Garonne, les vallées sont constituées de systèmes en terrasses.
Ils ont été formés au cours du Pléistocène, par une série de dépôts sédimentaires lors de défluviations successives du réseau hydrographique drainant le piémont pyrénéen vers l’est.
On peut conclure que plus de la moitié du bassin est constitué de roches carbonatées (molasses calcaires et calcaires de massifs), un tiers par des roches plutoniques métamorphiques et que les alluvions et les colluvions recouvrent le reste.
III / CADRE CLIMATIQUE
Le bassin de la Garonne est soumis à deux influences climatiques opposées :
¾ l’influence océanique caractérisée par des vents d’ouest et nord-ouest accompagnés d’abondantes précipitations,
¾ l’influence méditerranéenne caractérisée par des vents desséchants du sud-est (vent d’Autan) et par des précipitations modestes. Cette influence se limite à la moitié est du bassin (Etchanchu, 1988).
Ainsi, les massifs des Pyrénées Atlantiques sont abondements arrosés (plus de 1500 mm en moyenne par an) alors que ceux de l’Ariège le sont moins (1200 mm à 1500 mm), la zone centrale (source de la Garonne) se trouvant dans une situation intermédiaire.
Le Tarn présente la particularité d’être sous influence méditerranéenne avec un front de près de 200 km face à cette dernière. L’Agout (avec la Dordogne) est le bassin versant le plus arrosé des rivières issues du Massif central.
Enfin, la plaine alluviale présente une pluviosité moyenne de l’ordre de 600 mm à 800 mm (Probst et Tardy, 1985).
IV / CADRE HYDROGRAPHIQUE
Coincé entre la chaîne des Pyrénées au sud et le Massif Central au nord-est, le bassin de la Garonne présente un réseau hydrographique dense et varié.
Ce réseau hydrographique peut se découper, d’amont en aval du cours de la Garonne, en différentes familles de rivières selon leurs origines géologiques (Figure I 2) :
¾ Les cours d’eau pyrénéens dont les principaux sont : la Neste en rive gauche (en amont de la confluence des stations 3 et 4), le Salat et l’Ariège en rive droite,
¾ Les cours d’eau drainant le Terrefort toulousain : en rive gauche essentiellement l’Hers Mort grossi du Girou,
¾ Les cours d’eau issus du cône de Lannemezan constitués par les rivières gasconnes, toutes en rive gauche sont principalement : la Save, la Gimone, l’Arrats (qui passent toutes les deux à Mauvezin dans le Gers !), le Gers et la Baïse.
¾ Les cours d’eau issus du Massif Central, qui sont pour l’essentiel, le Tarn
grossi de l’Aveyron et de l’Agout puis le Lot.
V / CADRE ECONOMIQUE
La première caractéristique socioéconomique du bassin de la Garonne est sa forte vocation agricole traditionnelle. En effet, 60% de sa superficie est utilisée à des fins agricoles. Une agriculture dont la productivité n’a cessé d’augmenter depuis l’après guerre sous l’effet d’une véritable mutation : défrichages, drainage et remembrements des terres, mécanisation des activités, amélioration génétique des variétés et surtout emploi croissant de pesticides et de fertilisants.
La deuxième spécificité réside dans le développement et l’attractivité économique de l’agglomération toulousaine. Toulouse, s’est historiquement développée autour de l’Aéronautique (usine Latécoère de Montaudran créée en 1917). La Population de l’aire urbaine de Toulouse comptait en 1999, 965 000 habitants, ce qui représente près d’un tiers de la population du Midi-pyrénées. Cette agglomération a vu sa population doublée en 40 ans. Entre 1990 et 1999, sa population a augmenté de 120 000 habitants, soit un taux de variation annuel de 1,6%, plaçant ainsi Toulouse au cinquième rang des aires urbaines françaises. L’urbanisation s’est essentiellement développée le long des grandes
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infrastructures de transport : A20 (Toulouse Montauban Cahors), A68 (Toulouse Albi Rodez), A64 (Toulouse Tarbes). Il ne va pas sans dire qu’une telle croissance n’est pas sans conséquence en termes de rejets domestiques et industriels dans le réseau fluvial et dans l’atmosphère.
Malgré cette urbanisation croissance également constatée dans les villes moyennes de Midi-pyrénées (Albi, Castre, Rodez, Montauban …) et dans la partie aquitaine (Bordeaux, Bayonne…), le Bassin Adour Garonne reste encore un des moins industrialisés d’Europe (Vessy, 1998 ; Maneux et al., 1999, 2001).
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