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La Fontaine de Vaucluse, la plus grosse source de France (Fontaine-de-Vaucluse, Vaucluse, 2007). © BRGM - François Michel

Méthodes d’évaluation de la recharge des nappes

09.10.2017
La mise en œuvre de la directive cadre sur l’eau conduit les États membres à développer et harmoniser l’ensemble des méthodes d’évaluation de l’état des eaux, et notamment l’état quantitatif des eaux souterraines.

Calcul de l’écoulement de base (base flow Index, BFI) pour le bassin de l’Avre.
Calcul de l’écoulement de base (base flow Index, BFI) pour le bassin de l’Avre.

Contexte

Alors que les règles d’évaluation actuelles s’appliquent pour le premier cycle de gestion des bassins hydrographiques (2010-2015), de nombreux travaux ont été menés depuis plusieurs années pour faire évoluer les méthodes d’évaluation en lien avec les exigences de la DCE.

Le bilan sur l’application des tests pour l’exercice de rapportage 2010 est marqué par une difficulté des bassins à réaliser les tests préconisés, ce qui met en avant des lacunes et difficultés notamment sur les aspects méthodologiques et la connaissance des systèmes. Plusieurs pistes d'amélioration de cette évaluation ont été identifiées par les districts et des actions ont été engagées, visant à accompagner les dispositifs d’évaluation existants, avec en particulier l'estimation de la recharge des aquifères.

Objectifs

La recharge des aquifères est un paramètre essentiel à la gestion quantitative des ressources en eau, souvent délicat à obtenir sans recourir à des moyens importants passant par l’élaboration d’un modèle hydrodynamique maillé.

Parallèlement, et en interaction avec elle, une étude réalisée par Caballero[1] et al. (2016) a permis d’appliquer certaines méthodes à plusieurs aquifères karstiques du bassin Rhône-Méditerranée.

Programme des travaux

À l'échelle des aquifères, plusieurs méthodes existent pour le calcul de la recharge, chacune avec ses limitations et son domaine d'application spatial et temporel. Classiquement, la recharge se déduit d'une partition de la pluie efficace en ruissellement et infiltration, ce qui implique de déterminer dans un premier temps la pluie efficace, et plus en amont encore, de spatialiser correctement la pluie brute (par exemple, à l'échelle d'un aquifère régional, la zonation issue du calcul des pluies par la méthode d’interpolation AURELHY (Analyse Utilisant le RELief pour l'HYdrométéorologie), développée par Météo-France, pourrait être préconisée).

Une fois la pluie efficace calculée, il reste à faire la part entre ruissellement et infiltration, partition conditionnée par de nombreux paramètres (relief, type de sol, couverture végétale, …). Une approche parfois utilisée est celle basée sur l'IDPR[2], mais elle demeure approximative.

L’étude du BRGM recense et analyse les méthodes utilisables pour l'évaluation de la recharge et en précise les limites. La comparaison de différentes méthodes de calcul de la recharge afin d’orienter vers la méthode la mieux adaptée s’appuie sur une sélection de bassins dans lesquels une évaluation de la recharge a été faite par modélisation (globale et/ou spatialisée).

Résultats obtenus

Parmi l'ensemble des méthodes décrites dans les publications, une sélection a été opérée pour ne retenir que les méthodes :

  • applicables à des unités spatiales d'au moins quelques dizaines de km2 ;
  • fournissant des résultats permettant d'obtenir des valeurs moyennes de la recharge sur des périodes de plusieurs années ;
  • permettant une agrégation des valeurs obtenues sur plusieurs unités spatiales de calcul, par exemple pour passer de l'échelle d'un petit bassin versant hydrographique à une masse d'eau ;
  • utilisables avec peu de paramètres et des données faciles à obtenir ;
  • peu coûteuses.

Les méthodes retenues dans un premier temps se rangent en trois groupes :

  • celles qui partent d'un bilan des flux (par exemple un bilan hydrologique) pour aboutir à la pluie efficace, qu'il s'agit ensuite de décomposer en ruissellement et infiltration ;
  • celles qui partent de l'analyse de l'hydrogramme d'un cours d'eau, pour obtenir la part du débit du cours d'eau qui provient de la nappe connectée au cours d'eau, et permet d'accéder à la recharge  (l'écoulement de base est assimilable à la recharge en l'absence de prélèvements significatifs) ;
  • celles qui partent de l'analyse des fluctuations d'une chronique piézométrique.

Suite à une analyse de ces méthodes, trois d'entre-elles, basées sur la décomposition d'hydrogrammes, ont été sélectionnées et appliquées à 29 bassins versants. Les résultats obtenus ont été comparés entre eux et, quand cela était possible, aux résultats de modèles globaux et spatialisés.

Les résultats obtenus ont permis de calculer, en moyenne sur une longue période de temps (supérieure à 10 ans le plus souvent) :

  • un rapport entre l'écoulement de base Eb et le débit total Q du cours d'eau ou Base Flow Index (BFI) ;
  • un rapport entre l'écoulement de base Eb et la pluie efficace Peff, lorsque ces deux flux d'eau sont calculés par un modèle (spatialisé ou global).

Compte tenu de l'intérêt de ces méthodes de décomposition d'hydrogrammes, et malgré quelques limitations mentionnées, il a été jugé intéressant, pour réaliser l’estimation des pressions quantitatives significatives sur les eaux souterraines dans le cadre de la directive cadre sur l’eau, de rechercher une relation entre l'IDPR[3] et le BFI d'une part et entre l'IDPR et le rapport Ecoulement de base/ Pluie efficace (Eb / Peff) d'autre part.

PARTENAIRE

Agence Française pour la Biodiversité (AFB)

RAPPORT PUBLIC

BRGM/RP-65635-FR - Méthodes de la recharge des nappes : Complément d'étude pour la caractérisation des pressions et impacts sur les eaux souterraines - Télécharger le rapport

[1] Caractérisation de la recharge des aquifères et évolution future en contexte de changement climatique. Application au bassin Rhône Méditerranée Corse. Rapport BRGM/RP-65807-FR

[2] L'IDPR (Indice de Développement et de Persistance des Réseaux) est un indicateur caractérisant de façon relative la capacité d'infiltration/ruissellement d'une unité spatiale.

[3] L'IDPR (Indice de Développement et de Persistance des Réseaux) est un indicateur caractérisant de façon relative la capacité d'infiltration/ruissellement d'une unité spatiale.

 

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