S M E T A P Rivière Dordogne
SYNDICAT MIXTE D'ETUDES ET DE TRAVAUX POUR L'AMÉNAGEMENT ET LA PROTECTION DE LA RIVIÈRE DORDOGNE















La nappe alluviale

Projet technique : Etude de la nappe alluviale de "Laplaine" et rôle de la zone tampon pour l'amélioration de la qualité de l'eau

Vincent LAFON
B.T.S. Métiers de l'Eau
Session 2000
Lycée technique et polyvalent DE BORDA, DAX



Plan

INTRODUCTION

I. ETUDE DE LA NAPPE ALLUVIALE
I.1. Qu'est-ce qu'une nappe alluviale ?
I.2. La nappe alluviale de " Laplaine "
I.3. Contexte physique

II. INFLUENCE DE LA NATURE DU SOL SUR LA QUALTITE DE L'EAU
II.1. Etude du site de " Laplaine ".
II.2. Interprétation des résultats de TEMSOL.

III. INFLUENCE DU COURS D'EAU ET DES ECHANGES RIVIERE-NAPPE
III.1. Mesures et calculs effectués au niveau des piézomètres et des puits d'essai.
III.2. Influence du cours d'eau sur la nappe.
III.3. Influence du mélange eau de rivière - eau de nappe.

IV. ETUDE DU RABATTEMENT DE NAPPE

V. INTERET DE L'IMPLANTATION D'UNE ZONE TAMPON POUR L'AMELIORATION DE LA QUALITE DE L'EAU DE LA NAPPE ET DE LA RIVIERE
V.1. Une zone tampon.
V.2 Le risque des nitrates.
V.3. Rôle de la végétation pour l'élimination des intrants azotés.
V.4. La dénitrification microbienne.

VI. RESULTATS DES PREMIERE ANALYSES

VII INTERET ECONOMIQUE DE L'EXPLOITATION DE LA NAPPE ALLUVIALE

CONCLUSION
BILAN PERSONNEL

Introduction


Confrontée à des taux de nitrates dans le puits de captage qui tendent à atteindre les normes admissibles pour les Eaux destinées à la consommation humaine, la commune de Siorac en Périgord se doit de trouver une nouvelle source d'eau potable.
C'est pourquoi l'idée d'exploiter la nappe d'accompagnement de la Dordogne fut émise. Ainsi, un réseau de piézomètres fut implanté (novembre 1999) et une étude de sol fut effectuée sur le site de " Laplaine ", terrain communal longeant la rivière.
Au cours de l'année 2000, cette nappe va faire l'objet d'une étude approfondie sur la qualité et la quantité d'eau disponible. Cette étude sera menée en partenariat avec le CNRS (Centre National de Recherche Scientifique), le laboratoire de l'eau (Conseil Général de Dordogne), l'Agence de l'Eau Adour-Garonne et la DDASS (Direction Départementales Des Affaires Sanitaires et Sociales).
Une zone tampon sera implantée le long de la rivière sur ce futur site de captage, afin d'améliorer la qualité de l'eau distribuée.

Mon rôle était donc de participer à ce premier mois d'étude de la nappe alluviale avec M. GILBERT, élu de la commune de Siorac, et M. RUFFINONI, chercheur au CNRS, et d'analyser les conséquences de l'implantation de la zone tampon pour la qualité de l'eau.

 I Etude de la nappe alluviale

I.1. Qu'est-ce que une nappe alluviale ?


Il s'agit d'une nappe d'accompagnement de la rivière qui suit le cours de celle-ci à travers les couches d'alluvions, sédiments abandonnés par la rivière (sables, graviers, galets). Elle est alimentée par la rivière, avec laquelle elle entretient des relations étroites (infiltration), et par les eaux issues du bassin versant provenants des nappes phréatiques et du lessivage des sols, comme le montre le schéma ci-dessous.

I.2. La nappe alluviale de " Laplaine " :


Il s'agit de la nappe d'accompagnement de la Dordogne. Elle est située dans la plaine alluviale de la commune de Siorac en Périgord, entre la rivière, avec laquelle elle est en relation directe, et la Nauze, petit affluent de la Dordogne sans lien avec la nappe selon les enquêtes effectuées par bureau d'étude TEMSOL (cf. localisation en Annexe I ).

Afin de mener l'étude de la nappe, un réseau de 16 piézomètres a été mis en place, de PZ1 à PZ14 et PZA , PZB, et deux puits d'essais de captages ont été creusés, en amont et en aval du terrain (cf.. plan d'implantation des piézomètres en Annexe II, et coupe d'un piézomètre et d'un puits d'essai en Annexe III).

Ces piézomètres permettent de mesurer les variations de niveau de la nappe, parallèlement à celles de la Dordogne, d'observer le sens d'écoulement de la nappe en fonction de ce niveau, de calculer l'épaisseur de celle-ci, et de procéder aux analyses de l'eau de l'aquifère.

Les puits permettront de pratiquer aux essais de captage de cette nappe qui devra alimenter en eau potable la commune de Siorac.


I.3. contexte physique :


La Dordogne est une rivière à fond mobile de 480 Km de long qui court sur un lit de galets avec un module de 200 m3/h au niveau de Siorac. Son cours est fortement artificialisé de part les barrages hydroélectriques (7 en amont de Siorac dont 5 majeurs ) qui créent de fortes variations de niveau ( barrage de Bort les Orgues par exemple).
Néanmoins la qualité de l'eau est relativement convenable et est classée 1B sur la grille de qualité des cours d'eau qui comporte 5 classe de qualité :1A, 1B, 2, 3et HC (Hors Classe).

 II L'influence de la nature du sol sur la qualité de l'eau


II.1. Etude du site de " laplaine".


L'étude de sol réalisée par le bureau d'étude TEMSOL-Périgord lors de la mise en place des piézomètres et des puits d'essai de captage (cf. Annexe II) a révélé que le site de " Laplaine " était constitué comme suit :



 Une couche de terre végétale de 0.80 à 1.20 m d'épaisseur.
 Un sable fin argileux grisâtre à beige, parfois plus grossier à la base, dont l'épaisseur varie de 1.70 m à 4.20 m (de l'ordre de 3 m côté Dordogne, de 2 m à 2.50m en partie centrale du terrain, et de 3.50 m à 4 m le long de la Nauze).
 Une grave sableuse constituée d'alluvions plus grossiers (gravier) d'épaisseur comprise entre 1.60 m et 4.20 m (de 3m à 3.50 m proche de la Dordogne, de 3.50 à 4 m dans la zone centrale du site, et de 1.50 m à 2.50 m près de la Nauze).
 Une roche mère calcaire.

Au cours du forage du Puits Aval, TEMSOL a prélevé trois échantillons de matériaux sur lesquels ont été effectuées des analyses granulométriques plus complètes permettant de caractériser la nature du matériau, et de déterminer le diamètre des particules par tamisage (cf. Tableau 2 ci-dessous).


Tableau 1 :Analyses granulométrique effectué au lieu dit " Laplaine " au niveau du Puits Aval (source :TEMSOL).

 Echantillon Nature du matériaux Passant à 50 mmPassant à 2 mm  Passant à 80 mm
 Puits aval de 1.5 à 1.7 mSable fin Graveleux beige100 % 100 % 33.1 %
 Puits aval de 2.6 à 2.7 mSable graveleux
et faiblement
argileux
100 %98.7 %13.1 %
 Puits aval de 4.8 à 5.0 mGrave
sableuse
100 %10.6 %0.4 %

II.2. Interprétation des résultats de TEMSOL :


Avec une épaisseur d'environs de 2 à 4 m, la nappe évolue essentiellement au sein de la couche graveleuse et peut atteindre, en périodes de hautes eaux, la base des alluvions fins.

D'après ce tableau, on peut constater que cette strate graveleuse est formée d'une épaisseur de sable moyen (98.7 % des particules ont un diamètre inférieur à 2 mm) et, à la base, d'une couche de sable plus grossier (89.4 % des particules ont un diamètre compris entre 2 et 50 mm).

Grâce à cette granulométrie relativement faible, les MES (Matières en Suspensions) sont piégées dans la formation sablo-graveleuse. Ainsi, la présence de ce filtre mécanique et la faible vitesse d'écoulement de la nappe (estimée à environs 8 m par jour) préserve l'eau de captage de tout turbidité.

De plus, cette structure granulaire et la faible vitesse d'écoulement, offrent des conditions propices aux déroulements de phénomènes biochimiques, qui peuvent permettre d'améliorer la qualité de l'eau de la nappe. En effet, une partie des intrants amenés par la rivière et les nappes de terrasses est consommée par les micro-organismes du sol pour leurs besoins nutritionnels (apport d'azote, de carbone, et de phosphore). En outre, les filtres granulaires présentent souvent des phénomènes de nitrification et de dénitrification grâce au développement de bactéries au sein du matériau.

La nitrification est un processus biochimique de transformation de l'azote ammoniacale (NH4+) en azote nitrique (NO3-) en présence d'oxygène. Elle comporte deux phases successives effectuées par deux genres bactériens différents :

- La nitritation, qui est la transformation des ions ammonium (NH4+) en nitrites (NO2-), sous l'action des Nitrosomonas,

- La nitratation, transformation des nitrites en nitrates (NO3-) par le biais des Nitrobacters.

Ces groupes de bactéries sont autotrophes, c'est à dire que leur source de Carbone pour la synthèse de molécules organiques est le carbone minéral, et vont donc utiliser les carbonates et bicarbonates contenus dans l'eau. Compte tenu de leur caractère aérobie, ces micro-organismes ne pourront effectuer la nitrification qu'au niveau supérieur du terrain, où l'oxygène peut diffuser et suppléer aux besoins des bactéries. Ce phénomène biochimique, lorsqu'il a lieu, permet une amélioration sensible de la qualité de l'eau (la teneur en ammoniac est normée à 0.5 mg/l) mais est tributaire de facteurs extérieurs :

- la température (une température trop basse durant la période hivernale risque de limiter l'activité bactérienne),
- le pH du milieu qui doit être compris entre 7 et 8 pour les étapes de nitrifications et de dénitrifications (chaque micro-organisme possède au pH optimal),
- l'aération suffisante du milieu pour la nitrification,
- la présence de carbone minéral en quantité suffisante,

La Dordogne, d'après des analyses effectuées, ne contient que 0.01 mg/l d'ion ammonium, et la nappe phréatique, exploitée par la commune de Siorac, possède une teneur nulle en ammoniaque. On peut donc supposer que ce phénomène de Nitrification est limité au niveau du site de " Laplaine ". De ce fait, si on trouve des nitrates au niveau de la nappe alluviale, ils ne sont donc pas d'origine biologique.

Le processus biologique de dénitrification nécessite un apport de matière organique pour avoir lieu, or les nappes sont souvent pauvres en carbone organique, il apparaît donc que ce phénomène est limité au niveau du site de " Laplaine ". La zone tampon pourra fournir cet apport de carbone nécessaire et permettre à ce processus de se dérouler (la dénitrification microbienne est développée au chapitre V sur la zone tampon).

 III. INFLUENCE DU COURS D'EAU ET DES ECHANGES RIVIERE-NAPPE


Au niveau du site de " Laplaine ", chaque piézomètre a fait l'objet d'un nivellement NGF, c'est à dire que la hauteur de chacun a été mesurée par rapport au niveau de la mer, niveau de base.
Deux fois par semaine, grâce à une sonde, la hauteur de la nappe est relevée. Cette mesure permet alors d'en déduire la côte NGF du toit de nappe au niveau de chaque piézomètre donc l'épaisseur de celle-ci (cf. Annexe IV ).

III.1. Mesures et calculs effectués au niveau des piézomètres et des puits d'essai :


Schéma 2 : paramètres pris en compte au niveau d'un piézomètre.
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La sonde se comporte d'un fil gradué relié à une électrode qui, en contact avec la surface de l'eau, déclenche un signal sonore. La hauteur ainsi mesurée, " HS ", représente la profondeur de la nappe.

Par conséquent, l'épaisseur de la nappe peut être déterminée en soustrayant la hauteur totale du forage (" HT ") à cette dernière valeur :
Epaisseur de la nappe = HT - HS

De plus la côte NGF du toit de nappe peut être obtenue en soustrayant la côte NGF du piézomètre étudié avec la profondeur mesurée :
Côte du toit de nappe = NGF (PZx) - HS

Lors de chaque prise de mesure, ces calculs sont effectués, mis sous forme de tableau (cf. tableaux de mesures fournis en annexe IV) et exploités par la suite.

N.B. : Le niveau NGF de la Dordogne est fourni par la Direction Régionale de l'Environnement (antenne de Périgueux)

III.2. Influence du cours d'eau sur la nappe.


Les variations de l'épaisseur de la nappe au niveau de chaque piézomètre ont permis d'observer le comportement de l'aquifère vis à vis de la rivière.

L'aquifère de " Laplaine " étant la nappe d'accompagnement de la Dordogne, elle suit le cours de celle-ci selon une composante directionnelle amont-aval. Mais il convient d'étudier également l'influence de la rivière sur le sens d'écoulement transversal de celle-ci.
Ce mouvement peut être analysé en observant les côtes NGF du toit de nappe moyen, calculés à partir des tableaux établis lors de chaque prise de mesures (cf. Annexe IV ), en comparaison avec le niveau NGF de la Dordogne au même instant, pris au niveau de PZ 13 (cf. Annexe II), piézomètre très proche de la rivière (cf tableau ci-dessous).

Tableau 2 : Côte du toit de nappe moyen et niveau de la Dordogne.
 Date Niveau de la Dordogne (en m) Côte de toit de nappe moyen (en m)
 7 janvier 53.61 53.70
 10 janvier 53.08 53.32
 13 janvier 53.81 53.78
 18 janvier 53.95 53.82
 19 janvier 53.84 53.81
 24 janvier 52.91 53.17
 26 janvier 53.72 53.69
 28 janvier 53.67 53.69
 1 février 52.71 52.94
 3 février 52.84 52.98

Les variations de ces deux grandeurs sont mise en relief grâce au graphique ci-après.
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D'après ce graphique, nous constatons que le 7, 10 et 24 janvier, et le 1er et 3 février, correspondent à des jours d'alimentation de la Dordogne par la nappe, alors que le 13, 18, 19, 26 et 28 janvier, nous observons que la rivière alimente la nappe. La nappe est fortement soumise aux fluctuations de la rivière et bat dans les mêmes proportions que celle-ci mais avec un décalage dans le temps.

En période de basses eaux, on voit donc une alimentation de la rivière par la nappe, alors qu'en hautes eaux, le niveau dans les piézomètres augmente parallèlement à celui de la rivière, et l'aquifère est alors alimentée par la Dordogne. L'alternance de ces deux phases va avoir une influence sur la qualité de l'eau de captage car les nappes de terrasse possèdent, contrairement à la rivière, une teneur élevée en nitrates.

III.3. Influence du mélange eau de rivière - eau de nappe.


Nous avons vu que dans le milieu alluvial, la nappe est fortement soumise à la rivière et que la proportion de mélange des deux eaux est fonction du niveau de la rivière et évolue parallèlement à celui-ci. Ce mélange peut permettre une " dilution " des intrants, issus du bassin versant où se pratique une agriculture intensive, qui percolent dans les eaux souterraines durant les périodes pluvieuses. En effet, la rivière possède une teneur en nitrate nettement inférieur à celle des nappes phréatiques. De ce fait, durant les périodes où le niveau de la rivière est relativement élevé, la proportion importante d'eau de rivière peut entraîner une dilution des intrants azotés et donc une baisse de leur concentration au sein de la nappe.

L'étude, menées en partenariat avec le CNRS (Centre National de Recherche Scientifique) durant toue l'année, permettra de déterminer la position idéale du puits où la qualité d'eau disponible est la meilleure (plusieurs séries d'analyses seront effectuées sur les piézomètres et les puits d'essai.)


 IV. ETUDE DU RABATTEMENT DE NAPPE


Les calculs d'épaisseur de nappe seront d'autant plus important durant la période d'étiage durant laquelle le niveau de l'aquifère sera au plus bas. En effet l'épaisseur de la nappe doit être suffisante afin de pouvoir délivrer un débit minimum de 40 à 50 m3/h, débit qui permettrait de couvrir les besoins en eau potable de la commune de Siorac.

Si le seuil limite d'épaisseur de nappe, estimé à environs 2.50 m, est franchi, il faudra alors mettre en place plusieurs puits de captage permettant d'atteindre ce débit.

Le but de l'étude du rabattement de nappe est de voir si le puits est capable de fournir la quantité d'eau nécessaire pour l'adduction en eau potable de Siorac.

Cela consistera à pomper l'eau de la nappe, au niveau d'un puits d'essai, avec un débit de 80 m3/h, soit environs deux fois la consommation en eau de Siorac.
A partir d'un certain temps, la nappe va petit à petit se stabiliser. On calculera ainsi, connaissant le niveau initial de la nappe, son rabattement au niveau du puits et des piézomètres, et la hauteur d'eau restante dans le puits (voir le schéma explicatif ci-après).

Cette hauteur doit être d'au moins 1.50 m afin de ne pas entraîner les matière en suspension qui décanteront au fond du puits, et pouvoir faire face au pointe de consommation.
Schéma 3 :Mise en œuvre de l'étude de rabattement de nappe.
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 V. INTERET DE L'IMPLANTATION D'UNE ZONE TAMPON POUR L'AMELIORATION DE LA QUALITE DE L'EAU DE LA NAPPE ET DE LA RIVIERE


D'après une étude de Charles RUFFINONI, chercheur au CNRS Toulouse et participant au projet de captage de la nappe alluviale de " Laplaine ",sur la contribution des ripisylves au contrôle des flux d'azote en milieu fluvial.

Pour faire face au problème des nitrates la solution choisie par la commune de Siorac est l'implantation d'une zone tampon végétalisée sur le site de " Laplaine "(en référence aux étude réalisées sur ces formations.
Ainsi, la qualité de l'eau de la nappe dépend de plusieurs paramètres :

de la qualité du couvert végétal de la zone tampon
de la qualité de l'eau de la rivière avec laquelle elles entretiennent des relations directes
de la qualité de l'eau issue du bassin versant (nappes de terrasse), liée aux activités humaines s'y étant développées (agriculture par exemple)
de la nature du sol à travers duquel elles évoluent et leur vitesse d'écoulement au sein des sédiments.
V .1. Une zone tampon :

Généralité :
Une zone tampon est une parcelle, située entre les zones de culture et un cours d'eau, à l'image des forêts alluviales et autres ripisylves (boisements des berges) plus répandues par le passé.
Cette surface peut être plantée d'arbres tels chênes, frênes, aulnes, … dont les racines se comporteront comme un filtre vis à vis des intrants. La qualité du couvert végétal influe sur la qualité de l'eau sous-jacente (par exemple, le système racinaire d'une prairie se déconnecte rapidement de la nappe).

Son rôle :
Dans ses travaux études, Charles RUFFINONI a montré que les ripisylves et autres zones tampons participent efficacement à la régulation des flux de nitrates dans les hydrosystèmes (étude combinée avec celle d'autres auteurs). Ces boisements riverains, traversés par d'importantes masses d'eau, sont capables de puiser et de stocker efficacement l'azote. Ainsi, dans la plaine alluviale garonnaise il a pu démontrer " qu'une jeune ripisylve peut prélever en moyenne 0.38 g d'azote par jour et par mètre cube, soit 38 fois plus qu'une prairie pâturée, 25 fois plus qu'une jeune peupleraie et 1.5 à2 fois plus des peupleraies mâtures ".

L'agriculture intensive tend à mettre en culture les surface des bord des cours d'eau. En effet, ces sols rivulaires sont très faciles à travailler mais leur texture sablo-graveleuse les rend filtrants et un apport important d'engrais est nécessaire. Du fait de cette structure et de leur très faible teneur en matières organiques, ces sols n'ont pratiquement aucun pouvoir de fixation.

Mais l'irrigation accrue de ces parcelles et le lessivage des sols entraînent souvent les fertilisants agricoles et autres pesticides vers les nappes phréatiques sous-jacentes, dans lesquelles les teneurs en nitrates peuvent alors y dépasser la norme de potabilité (50 mg/L).
La commune de Siorac est en particulier confrontée à ce problèmes de nitrates au niveau du captage de la nappe phréatique de " Gravielle " (cf.plan en Annexe I ), dont la concentration tend dangereusement vers la valeur maximale admissible (cf ; analyses effectuées aux points de captage et de distribution en Annexe V ).

Les nappes phréatique cheminent peu à peu en direction de la rivière où elles peuvent émergées. Ainsi, l'implantation d'une zone tampon d'une largeur convenable (au moins 10 m) sur le site de " Laplaine " pourrait permettre d'éliminer une grande partie des composés azotés transitants vers la nappe, futur point de captage.

Plusieurs processus physiques ou biologiques peuvent être à l'origine de la baisse des teneurs en nitrates :

une dilution qui peut intervenir (vu au III.3.), lorsque la nappe est alimentée par la rivière
une absorption par les végétaux dont les besoins en eau sont essentiellement satisfaits par la nappe
une réduction des nitrates en N2 qui s'opère par la voie de la dénitrification biologique.
V.2. Le risque des nitrates.

L'accroissement des teneurs en nitrates dans l'eau potable présente un risque pour la santé humaine. En effet, les nitrates font partie des substances indésirables dans la législation pour les Eaux destinées à la consommation humaine.

Ingérer dans l'organisme, les nitrates sont réduits en nitrites au niveau de l'intestin. Ces composés peuvent être dangereux car ils favorisent l'évolution de l'hémoglobine en méthémoglobine, forme alors incapable de fixer le dioxygène. Ce problème va essentiellement se poser chez les nourrissons (cyanoses dues à une sous oxygénation du sang)qui ont une forme d'hémoglobine plus sensible à l'action des nitrites car ils ne possèdent pas, contrairement à l'adulte, la diaphorase, enzyme capable d'inverser le phénomène.

De plus, les nitrites peuvent évoluer en nitrosamines par réaction avec les acides aminés durant la digestion, qui sont des cancérigènes très actifs du système digestif.
La présence de nitrates en quantité importante peut également présenter un risque pour les écosystèmes aquatiques lacustres et fluviaux. En effet, les nitrates, avec les phosphates, contribuent au développement des phénomènes d'eutrophisations.
Ces substances vont agir comme des fertilisants sur la flore aquatique (algues), qui va alors croître abondamment. A la mort de ces organismes, les bactéries chargées de leur décomposition et de la minéralisation de la matière organique consomment, pour assurer ces fonctions, une grande partie du dioxygène dissous dans l'eau.

A partir d'un certain seuil, le dioxygène vient à manquer et la matière organique des végétaux morts s'accumule alors sur les fonds sous forme de vase. A ce stade, il peut se produire des phénomènes de fermentations anaérobies engendrants des nuisances olfactives (odeur de putréfaction due au dégagement d'hydrogène sulfuré), et la vie de la faune est alors fortement perturbée (mortalité croissante des espèces les plus sensibles).

V .3. Rôle de la végétation pour l'élimination des intrants azotés.




Plusieurs résultats d'études expérimentales effectuées au niveau de zones alluviales ont été publiés, et montrent le rôle de la végétation des bords des cours d'eau pour le contrôle des flux de nitrates (tableau 3 ci-dessous):
 Couvert végétal Entrée N-NO3- en mg/l Sortie N-NO3- en mg/l Largeur en m Réduction Auteurs
 Ripisylve2 à 60.52568 %Lowrance et Al, 1984
 Ripisylve4.45
7.4
0.94
0.76
19
50
93 %
99 %
Peterjohn et Corell, 1984
 Ripisylve7.9
7.3
0.1
0.1
47
16
98 %
93 %
Jacobs et Gilliam, 1985
Végétation de rive1681950 %Schnabel, 1986
Ripisylve/Marais 5.90.21699 %Cooper et Thomsen, 1988
Aulnaie3.50.51070 %Pinay et Labroue, 1986
Ripisylve0.36
0.36
0.23
0.13
-10 à 60 %
99 %
Cooper, 1990
Végétation de rive10.50.5 -99 %Fustec et Al, 1991
Forêt alluviale2 à 15018 à 40100 %Shanchez-Perez, 1992
Ripisylve80.46095 %Jordan et Al, 1993
Ripisylve,peupleraie,prairie humide8 à 230 à 1050 à 38010 à 98 %Ruffinoni, 1994

On peut observer, d'après ces études, que la végétation rivulaire, ripisylves et forêts alluviales, contribue efficacement à l'élimination des composées azotés transitant dans les zones alluviales.

Sur le site de " Laplaine ", une zone tampon sera implantée d'arbres dont le système racinaire est suffisamment puissant pour aller puiser l'eau à plus de trois mètres de profondeur : Chênes, frênes, aulnes. Ainsi, pendant la période végétative (environs huit mois par an, de fin février jusqu'à fin octobre), ces formations végétales particulièrement dynamiques pourront prélever directement les composés azotés nécessaires à leur croissance au sein de la nappe alluviale, dont la profondeur est d'environs 2 à 3 m. Les nitrates sont alors incorporés et stockés dans le tissu végétal sous forme réduit, constituant essentiel des structures végétales. L'enracinement puissant des ces formations devrait permettre d'absorber les flux de nitrates issus du bassin versant, même en période d'étiage de la Dordogne.

Schéma 4 L'absorption racinaire des végétaux de la zone tampon : en période végétative, les végétaux puisent les nitrates qui migrent avec les eaux du sous-écoulement depuis les zones de culture jusqu'à la rivière.



La vitesse d'écoulement de la nappe dans les sédiments alluviaux ne doit pas être trop importante afin de permettre un épuration des nitrates. L'influence de la végétation se répercute également sur l'activité bactérienne, et en particuliers, la zone tampon peut offrir des conditions idéales à la dénitrification microbienne dans la zone alluviale.

V.4. La dénitrification microbienne.


La dénitrification microbienne ou " respiration nitrate ", est utilisée par des bactéries lorsque le milieu ne contient plus de dioxygène. A défaut d'oxygène, ces bactéries, dites dénitrifiantes, utilisent alors les nitrates comme accepteur final d'électron dans la chaîne respiratoire pour pouvoir oxyder les matières organiques incorporées et fournir l'énergie sous forme d'ATP (Adénosine Tri-Phosphates) aux cellules.
Ces bactéries utilisent la voie dissimilatrice, processus qui consiste en une réduction des nitrates en diazote gazeux selon le schéma suivant :

 NO3- ==> NO2- ==>NO ==> N2O ==> N2
 nitrate  nitrite  oxyde nitrique  oxyde nitreux  diazote gazeux
Pour accomplir ce processus, ces micro-organismes synthétisent la Nitrate Réductase Dissimilatrice, enzyme capable de catalyser ces réductions. Cette enzyme est induite lorsque le dioxygène disparaît du milieu et les nitrates sont présents.

La plupart des bactéries dénitrifiantes, telles Pseudomonas aeruginosa, sont hétérotrophes, c'est à dire qu'elles utilisent des composés organiques pour leurs besoins nutritionnels et énergétiques.
Les ripisylves et autres zones tampons peuvent offrir des conditions favorables à la réalisation de la dénitrification microbienne :

Le fort degré d'engorgement des sols pendant les périodes de hautes eaux (hiver, printemps) permettent de créer des conditions d'anoxie du milieu.
La productivité primaire peut fournir le carbone organique nécessaire aux micro-organismes par la litière (feuilles mortes) en décomposition.
L'écoulement de la nappe au sein des sédiments alluviaux permet une arrivée constante de nitrates nécessaire aux bactéries.
Schéma 5 La dénitrification microbienne : en période de hautes eaux, les nitrates sont recyclés par les micro-organismes.

La dénitrification peut s'avérer être un processus efficace pour l'élimination des nitrates mais qui est tributaire de l'hydrologie du cours d'eau, de la teneur en carbone organique et de la vitesse d'écoulement de la nappe au sein de sédiment.

 VI. RESULTAT DES PREMIERES ANALYSES


Ces résultats figurent en Annexes VI et VII.

Ces résultats s'avèrent assez encourageants. On peut observer que la teneur en nitrates au niveau des piézomètres PZ 1 à PZ 10 est très faible (de <1 à 3.4 mg/l).
Les plus fortes teneurs sont celles de PZ 11 et PZ 13, avec un maximum de 21.2 pour PZ 12.

L'analyse complète effectuée au niveau du puits aval révèle une teneur en nitrate de 5.4 mg/l et aucune valeur hors norme pour les paramètres concernants les pesticides (atrazine, simazine,…)
Deux résultats sont hors normes, la turbidité (limitée à 2 NTU, elle est ici à 3.8 NTU) et la concentration en fer total (normée à 200 mg/l, elle est ici à 210 mg/l).
La turbidité de l'eau peut être d'origine organique, car l'eau à l'intérieur des puits a tendance à stagner (accumulation de matière organique) et lors du prélèvement, le puits n'a pas été vider au préalable.
La concentration relativement élevée en fer est due à la présence de deux minces couches de fer au sein de la couche graveleuse qui ont été déposées par la rivière avec les sédiments dans le passé.
Un pompage intensif pourrait permettre un nettoyage de la nappe par lessivage des minces couches de fer et diminuer ainsi la teneur en fer dans l'eau captée.

Au cours du mois de mars, l'eau de la Nauze et celle du puits amonts fera également l'objet d'une analyse complète (l'analyse de la Nauze pourrait expliquer les fortes teneurs en nitrates au niveau de PZ 11, PZ 12 et PZ 13). A partir du mois d'avril, les teneurs en nitrates vont faire l'objet d'un suivi (au niveau de quelques piézomètres deux analyses seront effectuées par mois).

 VII. INTERET ECONOMIQUE DE L'EXPLOITATION DE LA NAPPE ALLUVIALE


Lors de la recherche d'une nouvelle ressource en eau, la commune de Siorac a fait procéder à des recherches de nappes profondes par un bureau d'étude géologique qui a estimé le coût de la mise en œuvre du forage.

Une première estimation pour un captage de 50 m3/h au niveau des couches du Crétacé (400 m de profondeur) conduit a un coût global de 1 400 000 F Hors Taxe.
Pour un captage de 100 m3/h au Jurassique (700 m de profondeur), le montant estimatif est d'environs 3 400 000 F Hors Taxe.

Ces coûts prennent en compte les travaux d'études, de constructions du forage muni d'une pompe immergée, éventuellement d'une bâche, d'une station de reprise, et le raccordement au réseau existant.

Le coût global de l'exploitation de la nappe alluviale ne serait que de 500 000 F : 150 000F pour l'étude,la mise en place du champs piézométrique et la construction du puits d'adduction, et 350 000 pour le raccordement au réseau.

La mise en œuvre d'un forage profond constituerait un investissement très lourd pour Siorac, commune de 900 habitants.
Ainsi, la mise en place d'un captage sur le site de " Laplaine " permettrait de faire une économie importante et de maintenir le prix de l'eau dans une fourchette convenable pour les usagers ( la différence des coûts entre les deux captage se situe dans un rapport de 1 sur 7).

En outre, l'eau au sein de ces aquifères est en quantité limitée et est soumise à pollution (on a trouvé des atrazines à -180 m dans la zone prospectée.
Dans le cas présent, l'aquifère exploitée sera la nappe d'accompagnement de la Dordogne, et à moins d'un assèchement de la rivière ou d'une pollution grave, l'eau est ici disponible en quantité suffisante dans un long terme (perspective de développement durable).


 Conclusion


L'implantation d'une zone tampon sur le site de " Laplaine " peut être un moyen d'obtenir une eau de qualité.
Ainsi, si les résultats de l'étude s'avèrent favorables, et que l'eau de la nappe alluviale est conforme à la législation, en particuliers pour le paramètre nitrate, un captage sera mis en place sur le site. Elle sera ensuite légèrement chlorée pour être distribuée.

En outre, le tourisme représente en PERIGORD NOIR 43% du Produit Local Brut, on comprend donc tout l'intérêt de la préservation des ripisylves et des forêts alluviales pour le maintient de la qualité de l'eau de la Dordogne (eau de baignade) et, dans un second plan, pour la conservation et la valorisation du patrimoine : Ces formations rivulaires contribuent au maintient des berges face à l'érosion, offrent des paysages variés et attrayants, et constituent des milieux à forte valeur écologique de part la diversité de la faune et de la flore qui y vient.

 BILAN PERSONNEL


Ce stage m'a permis de découvrir le fonctionnement d'un syndicat intercommunal, et en particulier sa gestion très réglementée et contrôlée.
En outre, la participation à ce premier mois d'étude de la nappe alluviale de " Laplaine " fut pour moi très intéressant et très instructif. Cela m'a permis d'élargir mes connaissances dans le domaine de l'eau et d'apprécier, grâce à M. GILBERT et M. RUFFINONI, la mis en œuvre de l'étude de captage.
Enfin, ce stage m'a permis de découvrir l'environnement de la rivière et d'apprécier le rôle des formations rivulaires pour la préservation de la qualité de l'eau.