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Étude d'impact sur l'environnement d'un site minier métallurgique dans la vallée Subarnarékha (Inde, 2001). © BRGM - Bruno Lemière

Sources, mécanismes et vitesses de transfert de la pollution azotée dans l’aire du champ captant de Caix 1 (Somme)

30.10.2017
Les bassins versants des deux champs captants présents sur la commune de Caix (80) en exploitation (Caix 1 et 3), gérés par le SIEP (Syndicat Intercommunal d’Eau Potable) du Santerre, abritent une ressource en eau importante permettent actuellement d’alimenter six forages ayant une production moyenne annuelle de l’ordre de 3 millions de m3. Ils desservent une population d’environ 15 000 habitants et plusieurs industries agroalimentaires et font aujourd’hui l’objet d’une opération de reconquête de la qualité de l’eau suite à leur désignation comme captages « prioritaires » dans le cadre du Grenelle de l’environnement.

Modèle conceptuel du transfert de l’eau (en bleu) et des nitrates (en rouge) de l’aire du champ captant de Caix avec ordre de grandeur du temps de transfert de l’eau (en vert), vers les forages agricoles (FA) et les puits d’alimentation en eau potable. Ce modèle a été produit conjointement par les projets ISOCAIX (diagnostic isotopique et datation des eaux) et NITRAEAP (étude hydrodynamique du transport des nitrates).

Modèle conceptuel du transfert de l’eau (en bleu) et des nitrates (en rouge) de l’aire du champ captant de Caix avec ordre de grandeur du temps de transfert de l’eau (en vert), vers les forages agricoles (FA) et les puits d’alimentation en eau potable. Ce modèle a été produit conjointement par les projets ISOCAIX (diagnostic isotopique et datation des eaux) et NITRAEAP (étude hydrodynamique du transport des nitrates).

Objectif

L’étude ISOCAIX, confié par le SIEP du Santerre au BRGM, a pour but de mieux estimer les contributions respectives des nitrates d’origines agricoles et non-agricoles, ainsi que les cheminements et la chronologie de la pollution sur les captages Caix 1 et sur l’ensemble de l’aire d’alimentation des captages (AAC). Les résultats doivent aider le SIEP à mieux cibler le type de mesures à mettre en place pour réduire les apports azotés à la nappe. L’étude vise ainsi à apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :

  • Existe-t-il des transferts d’engrais minéraux vers la nappe et quelle est leur importance par rapport aux nitrates d’origine organique ?
  • Quelle est la contribution des eaux usées domestiques, ou d’autres sources non-agricoles, dans la contamination en azote ?
  • Quelle est notamment la contribution de l’ancienne décharge d’ordures ménagères située en amont des captages Caix 1 ?
  • Quel est le temps de résidence moyen de l’eau dans la nappe au niveau du bassin et quelle est la conséquence sur le délai de réaction du système aux mesures de remédiation ?

Programme des travaux

Une approche multi-isotopique est utilisée afin de caractériser l’origine, potentiellement multiple, des teneurs en nitrates dans les eaux souterraines captées ainsi que les cheminements et mécanismes de la pollution. Les isotopes de l’azote et de l’oxygène sont utilisés comme traceurs intrinsèques des nitrates permettant de distinguer différentes sources et d’identifier des processus de transformation de l’azote tels que la dénitrification dans le sol, la zone non saturée (ZNS) et la nappe.

Les teneurs en gaz (argon et azote) des eaux souterraines de l’AAC sont également des indicateurs d’éventuels processus de dénitrification. Les isotopes du bore constituent quant à eux un excellent traceur des eaux usées domestiques, du fait des teneurs en perborates des lessives qui se caractérisent par une signature isotopique bien définie. L'analyse des traceurs gazeux CFCs et SF6, ainsi que du tritium, permet de déterminer l’« âge » (ou plutôt le temps de résidence moyen dans l’aquifère) des eaux échantillonnées.

Afin d’estimer l’impact de l’ancienne décharge en amont de Caix 1, les eaux de trois piézomètres (amont, décharge, aval) et du captage Caix 1 sont analysées pour le tritium (3H), dont les teneurs sont souvent très élevées dans les eaux percolant dans des décharges, ainsi que pour les isotopes du carbone inorganique dissous (d13C du CITD), marqueur de la formation de méthane dans les décharges. Les analyses chimiques effectuées sur ces 4 points incluent des éléments traces, notamment métalliques, susceptibles de marquer des eaux ayant transité par la décharge.

Résultats obtenus

Les sources de nitrates sont principalement d’origine agricole. En effet, les deux décharges investiguées ne montrent pas plus d’apport significatif en nitrates que les eaux usées domestiques ou que les dégradations des munitions enfouies depuis la première Guerre mondiale. Au sein de la vallée, les sources semblent plutôt organiques, alors que sur les plateaux du bassin versant, les isotopes du bore tendent à indiquer des sources minérales (engrais).

Les nitrates contenus dans les engrais minéraux ne paraissent pas faire l’objet d’un lessivage rapide et direct vers la nappe. En effet, les isotopes de l’oxygène indiquent que l’ensemble des nitrates apportés en excès aux parcelles, indépendamment de leur source, est d’abord fixé sous forme d’azote organique, puis minéralisé et nitrifié avant d’être exporté vers la nappe. Cette fixation de l’azote peut considérablement prolonger son séjour dans le sol agricole.

Le délai de cette fixation s’ajoute au temps de transfert de l’eau, chargée de nitrates, dans la zone non saturée, qui atteint une vingtaine de mètres sous les plateaux, et au temps de transfert dans la nappe. Le cumul du transfert dans la ZNS et dans la nappe explique les temps de résidence moyens de l’eau, estimés sur la base de traceurs gazeux, qui atteignent 20 à 40 ans sous les plateaux alors qu’ils restent généralement inférieurs à 20 ans dans la vallée.

Ces datations soulignent une temporisation importante du système sol-zone non saturée-nappe par rapport à des changements de pratiques agricoles, surtout sur les plateaux. Les captages cumulent vraisemblablement des apports locaux et en provenance de la vallée sèche directement en amont avec des apports en provenance des plateaux. Des actions sur le périmètre immédiat et l’amont hydraulique direct du champ captant pourraient donc générer des améliorations plus rapides que des actions sur le plateau dont les effets positifs ne seront observés que sur le moyen terme.

PARTENAIRE

SIEP du Santerre

RAPPORT PUBLIC

BRGM/RP-66637-FR - Projet ISOCAIX : Diagnostic isotopique et géochimique de la pollution azotée et datation des eaux des captages CAIX 1, Somme - Télécharger le rapport

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34