Ça circule dans les nappes

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septembre 2017
De par leur différence d'affinité avec le sol, les nitrates n'empruntent pas le même trajet que le carbone et le phosphore.
Thomas Schmutz et Wilfrid Messiez

Les nappes d’eau superficielles sont cruciales pour comprendre les flux de nitrates, de carbone et de phosphore.

Imaginez : par un beau jour d’automne, vous descendez un petit vallon herbeux, quand vous vous retrouvez brusquement les chaussures trempées, en train de patauger dans une terre gorgée d’eau. Votre première pensée est sans doute que l’eau a dû s’accumuler là lors de la dernière pluie, mais vous n’y êtes pas ! « Quand on parle de nappes phréatiques, la plupart des gens s’imaginent un puits à des dizaines de mètres de profondeur, note Chantal Gascuel, hydrologue à l’Inra(1) de Rennes. En réalité, la nappe, c’est toute l’eau qui est dans un milieu poreux saturé. Elle peut être présente dès le premier mètre de sol, puis en profondeur, dans les altérites(2), et enfin dans les roches fissurées et fracturées. À l’automne, lorsque la pluie revient et que la température diminue, la nappe peut même affleurer à la surface du sol, en bas des versants. » L’équipe qu’elle dirige suit depuis 25 ans la composition chimique des nappes superficielles et des rivières au niveau de deux sites très instrumentés, l’un près de Pontivy, l’autre près de Quimper. La zone humide formée par la nappe est un lieu important de transformation des nutriments : « Grâce aux variations d’humidité et aux communautés microbiennes présentes, la concentration en nitrates y est faible, alors qu’elle peut être forte en haut du versant. »

Une eau qui prend son temps

Des mesures ont été prises pour diminuer la quantité d’azote utilisée en agriculture et limiter les fuites de nitrates, qui sont sa forme soluble la plus importante : réduction des intrants, alternance de cultures ayant des besoins différents en nutriments(3)... Mais rien n’y fait au début : les concentrations en nitrates des rivières sont longtemps restées stables. Ce n’est que ces dernières années qu’elles ont commencé à baisser dans certains bassins versants. C’est que l’eau prend son temps : contrairement au fond du vallon, le toit de la nappe phréatique en haut du versant se situe à six, huit ou dix mètres de profondeur, selon la saison (voir schéma(4)). Il faut donc d’abord que l’eau de pluie la rejoigne, à la vitesse d’environ un mètre par an. Ensuite, elle peut soit rester dans la nappe de surface, qui met une dizaine d’années à rejoindre la rivière, soit continuer plus profondément dans les roches fracturées, où elle mettra plusieurs dizaines d’années à rejoindre le cours d’eau.

Des quantités très fluctuantes

Les chercheurs de l’Inra de Rennes, en collaboration avec ceux de géosciences Rennes(5), s’intéressent depuis quelques années à deux autres nutriments, longtemps restés dans l’ombre des nitrates : le carbone et le phosphore. Tous deux ont des formes solubles dans l’eau, sans pour autant qu’on les retrouve en profondeur dans la nappe phréatique. En effet, ils ont une forte affinité avec le sol, et ne passent dans l’eau que lorsque la nappe est en contact avec celui-ci. Dès que les précipitations sont suffisantes pour faire remonter le toit de l’aquifère à la surface, d’importantes quantités de phosphore et de carbone solubles se forment et sont emportées par les rivières. « La fluctuation de la quantité de phosphore et de carbone est très rapide, c’est d’ailleurs pour cela qu’il reste difficile d’en évaluer les flux annuels, reprend la chercheuse. Nous avons un analyseur qui mesure les formes solubles de l’azote, du carbone et du phosphore toutes les vingt minutes. »

La sécheresse modifie la qualité de l’eau

Avec des sécheresses de plus en plus intenses et fréquentes, les périodes d’assèchement des zones humides et des petits cours d’eau sont de plus en plus longues. Ceci est en lien direct avec la nappe d’eau phréatique en dessous, qui s’enfonce plus profondément dans le sol en été : dans les deux observatoires suivis par les chercheurs rennais, le toit de la nappe en fond de vallon ne descend habituellement pas au-delà d’un mètre sous la surface du sol, mais lors de la sécheresse de 2005, il est descendu à trois mètres. Or, les chercheurs ont découvert que plus la sécheresse est longue et intense, plus la quantité de phosphore et de carbone relâchée dans la rivière lorsque la nappe réémerge est importante. Les causes de ce surplus ne sont pas encore bien comprises, mais on sait qu’il est à l’origine des blooms de cyanobactéries (lire article ci-contre) !

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Maryse Chabalier

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