La pollution diffuse d'origine agricole est à l'origine de problèmes sanitaires et environnementaux liés à la détérioration de la qualité des eaux de surface. La maîtrise de cette pollution nécessite d'atteindre une connaissance fine, à toutes les échellesde temps, du transfert des éléments polluants transportés par l'eau. Ce travail a pour objectif d'établir le ou les temps de transfert du nitrate dans un bassin versant élémentaire. Il s'agit de connaître les réservoirs et les mécanismes responsables des variations saisonnières ,et pluri-annuelles des concentrations en nitrate dans la rivière. L'étude des dynamiques hydrologiques de trois bassins versants agricoles (Kervidy, Mélarchez, Mercube) a été réalisée à partir d'observations globales (pluie, débit). Une méthode basée sur la représentation spectrale des séries temporelles d'observations a été reprise et développée. Ainsi, par cette méthode, les parts respectives des contributions de la nappe et de l'écoulemênt rapide aux débits de la rivière sont établies. Le modèle d'écoulement en nappe et ses paramètres sont également définis. Cette méthode a été étendue à l'identification des modèles de transfert de nitrate. Une étude expérimentale a été mise en oeuvre .Trois transects du bassin versant de Kervidy (Morbihan, Bretagne) ont été équipés de piézomètres pour observer la nappe d'altérite. Les niveaux piézométriques ont été mesurés et un échantillonnage de la nappe a été réalisé afin d'analyser les teneurs de l'eau en nitrate, sulfate et chlorure. Ces observations ont permis de préciser l'hydrodynamique de la nappe et d'identifier ses principaux traits chimiques. Un schéma de fonctionnement du transfert de nitrate dans le bassin versant à l'échelle inter-mensuelle est proposé à la suite de l'analyse et de l'interprétation de l'ensemble des observations. Un modèle numérique spatialisé du fonctionnement de la nappe du bassin versant de Kervidy a été établi sur la base des observations et des connaissances acquises à la suite du travail de terrain

Ce travail a eu comme objectif de comprendre et quantifier les transferts d'azote agricoles dans les rivières des bassins versants Gascons, afin d'évaluer l'efficacité de scénarii agricoles sur la teneur en azote nitrique des rivières. Un protocole de mesure en continue dans le petit bassin versant agricole d'Auradé (Gers, Sud-Ouest de la France) de 3.3km2 a été mis en place pour mesurer la variabilité de la teneur en nitrate. Les variations infra-journalières des concentrations lors d'évènements de crue sont fortes, les flux correspondant sont importants a l'echelle annuelle. L'approche de modélisation à base physique du bassin versant d'auradé a ensuite été envisagée pour calculer les bilans hydriques et agronomiques de ce type de bassin. Deux modèles de bassin versant ont été choisis : TNT2, entièrement distribué, adapté aux petits bassins versants à nappe superficielle, SWAT, semi distribué, développé pour de plus larges bassins versants. Leur utilisation a permis de : - montrer qu'aucun n'est capable de prédire l'intensité journalière des flux d'azote nitrique observée dans la rivière en période de crue, même si l'approche de SWAT est mieux adaptée pour simuler les transferts rapides - simuler un bilan d'eau et d'azote proche pour les deux modèles mais avec des processus simulés opposés - montrer l'importance de la simulation de la dénitrification et de la minéralisation pour conclure sur la capacité des modèles à reproduire la réalité. TNT2 a été jugé plus adapté pour simuler des scénarios agricoles imaginés ou déjà implantés sur le bassin versant d'Auradé. Les résultats de simulation montrent que les mesures agro-environnementales implantées auraient eu une efficacité de 16% de diminution des flux d'azote nitrique annuels à l'exutoire, à laquelle s'ajouterait encore 18% de diminution en cas d'implantation de Culture Intermédiaire de Piège à Nitrate. Le paramétrage global de SWAT sur la Save, bassin versant de 1110km2 contenant le bassin d'Auradé, a ensuite été modifié pour le contexte agro-pédologique d'Auradé, représentant 25% de la surface du bassin de la Save. Les paramètres hydrologiques majeurs calibrés sur le bassin d'Auradé sont transposés sur cette surface. L'amélioration des prédictions à l'exutoire de la Save est significative, et montre la contribution importante de ces zones aux débits à l'exutoire de la Save lors de certains évènements pluvieux. Une meilleure prise en compte de l'occupation du sol est à envisager pour améliorer ces prédictions.

L'évaluation des actions de reconquête de la qualité de l'eau, notamment en ce qui conceme l'azote, peut passer par une étape de modélisation. Des hypothèses simples de fonctionnement des bassins versants ont ainsi été posées et un modèle hydrologique distribué, TNT, a été développé. Divers tests de TNT ont été effectués sur le bassin de Kervidy (Morbihan), et sur des bassins virtuels simples, aux géomorphologies contrastées: sensibilité aux paramètres et hypothèses; simulation du débit, de la profondeur de la nappe... Le domaine de validité de TNT regroupe les petits bassins versants agricoles, aux sols relativement perméables sur substrat imperméable, avec une nappe peu profonde, en climat tempéré humide. Après intégration de différents modules de transferts et transformations d'azote, TNT à été utilisé pour chercher à répondre à trois grands types de questions. L'influence de la localisation des cultures sur les flux d'azote a été étudiée. Les résultats de simulations simples, par couplage avec le modèle agronomique STICS, suggèrent que l'interposition d'une culture sous-fertilisée entre la rivière et une culture sur-fertilisée permet de limiter la pollution de la rivière. Les temps de transtert au sein d'un versant ont ensuite été simulés. Le versant étudié présente une forte inertie face aux transferts d'azote, et le modèle est sensible à la localisation de la fertilisation. Enfin, le lien entre géomorphologie et dénitrification a été étudié, ce qui a permis de vérifier la possiblité d'intégration de transformation d'azote à TNT et l'obtention de réponses spatiales différentes selon la morphologie des bassins. L'utilisation de TNT pour la caractérisation de bassins versants peut être envisagée, mais, actuellement, TNT doit être considéré comme un modèle d'analyse et d'aide à la recherche et non comme un modèle opérationnel de prédiction. Il est à utiliser avec précaution, avec des objectifs précis, dans un cadre de recherche et d'analyse de scénarios.

De nombreuses mesures ont été mises en place en vue de modifier les pratiques agricoles liées à l'utilisation d'intrants. Elles risquent cependant de ne pas être suffisantes pour atteindre l'objectif de bonne qualité des eaux d'ici à 2015. Cette étude souligne que les mesures n'ont pas toujours d'effets significatifs sur la qualité de l'eau, met en relief les contradictions de ces mesures avec d'autres politiques publiques et propose des pistes de réflexion afin d'intégrer les contraintes environnementales dans le secteur agricole.

LA PRESENTE ETUDE S'INSCRIT DANS LE CADRE DE RECHERCHES SUR LA GESTION DES POLLUTIONS DIFFUSES AGRICOLE A L'ECHELLE DU BASSIN VERSANT. LES SOLS ET L'ASSOLEMENT OBSERVES SUR UN BASSIN VERSANT PILOTE DE POITOU-CHARENTES SONT UTILISES DANS UN MODELE MECANISTE STOCHASTIQUE AGRIFLUX POUR SIMULER L'ECOULEMENT DE L'EAU ET LE TRANSPORT DES NITRATES DANS LA ZONE RACINAIRE ET DANS LA FRANGE SUPERIEURE DE LA ZONE NON SATUREE SUR UNE PERIODE DE 15 ANS. LES RESULTATS DE CETTE SONT UTILISES SOUS FORME DE FLUX SAISONNIERS POUR RECONSTITUER LES CONCENTRATIONS EN NITRATES RENCONTREES DANS LA NAPPE. UNE APPROCHE BASEE SUR UN MODELE DE MELANGE A MONTRE QUE L'ON POUVAIT RECONSTITUER LES CONCENTRATIONS DE NITRATES DANS LA NAPPE EN FONCTION DES CONDITIONS HYDRODYNAMIQUES ET DES FLUX D'EAU ET DE NITRATES PERCOLANT DEPUIS LA SURFACE. DANS UNE SECONDE APPROCHE, LE COUPLAGE HYDRODYNAMIQUE ENTRE LES DIFFERENTES ZONES DU MILIEU (RACINAIRE, NON SATUREE ET SATUREE) EST REALISE SUR DES MODELES D'ECOULEMENT ET DE TRANSPORT ADAPTES A L'ECHELLE DU BASSIN VERSANT. LES FLUX D'INFILTRATION CALCULES PAR AGRIFLUX DANS LA ZONE NON SATUREE SONT UTILISES COMME FLUX DE RECHARGE DANS LE MODELE HYDRODYNAMIQUE MODFLOW QUI EST UTILISE POUR SIMULER L'HYDRODYNAMIQUE TRANSITOIRE SUR L'ENSEMBLE DU BASSIN. LES PERIODES DE CONTRAINTES DE 90 JOURS SONT DETERMINEES A L'AIDE D'UNE ANALYSE CORRELATOIRE SUR LES DONNEES PLUVIOMETRIQUE ET PIEZOMETRIQUE, ET PERMETTENT DE RECONSTITUER UN PSEUDO-REGIME TRANSITOIRE PAR UNE SUCCESSION D'ETATS PERMANENTS. LE MODELE MT3D EST UTILISE POUR LA SIMULATION DU TRANSPORT DES NITRATES DANS LA NAPPE AVEC LE MEME DECOUPAGE TEMPOREL QUE CELUI DE MODFLOW. L'HYDRODYNAMIQUE ET LE TRANSPORT SONT RECONSTITUES SUR LE BASSIN SUR UNE PERIODE DE 15 ANS AVEC UN PAS DE TEMPS SAISONNIER. LA DYNAMIQUE DES TENEURS EN NITRATES DANS UNE NAPPE A L'ECHELLE D'UN BASSIN VERSANT ET L'IMPACT DE DIFFERENTES PRATIQUES CULTURALES PEUVENT AINSI ETRE SIMULES DANS UNE OPTIQUE DE GESTION DES POLLUTIONS DIFFUSES AGRICOLES.

Les mesures de remédiation des concentrations excessives en nitrate dans les cours d'eau ont des effets contrastés en ce qui concerne les temps de réponse et les taux de décroissance, généralement inférieurs aux espérances. Ceci peut cependant s'expliquer par le rôle que jouent les nappes d'eau souterraine dans le devenir du nitrate à l'échelle du bassin versant. Les mécanismes qui interviennent sont contrôlés par les caractéristiques hydrodynamiques des aquifères de fissures et d'altérites et par les processus hydrochimiques qui ont lieu dans les eaux souterraines. La généralisation des processus à l'échelle de la nappe passe par une bonne compréhension des phénomènes à l'échelle d'un forage. Certaines interprétations peuvent alors être biaisées par le fonctionnement particulier de certains ouvrages. Ce travail, réalisé sur le Périmètre Expérimental de Kerveldreac'h (PEK) dans le bassin versant du Kerharo (Finistère – (F29)), a permis de confirmer la zonation hydrochimique verticale de la nappe de fissures. Deux études hydrodynamiques et hydrochimiques ont été menées : la première en trou nu (Somlette, 1998), et la seconde en mettant en place un système d'obturateur permettant le rétablissement de la continuité de l'aquifère. Les résultats montrent que malgré les multiples inversions de charge au sein d'un forage au cours d'un cycle hydrologique, la stratification hydrochimique de la nappe de socle est permanente. Les connaissances accumulées sur le PEK, ont permis d'établir un modèle conceptuel aussi précis et réaliste que possible, préalable indispensable à la modélisation numérique. L'approche de modélisation à l'aide du logiciel MODFLOW a notamment permis d'évaluer l'effet produit par la zonation hydrochimique et le fonctionnement des nappes sur les quantités de nitrates qui sont restituées aux cours d'eau, ainsi que sur les temps de réponse du système. Cette approche a également permis d'établir des bilans en terme de flux d'eau et en terme de masse de nitrates transitant au sein de l'hydrogéosystème. Les résultats montrent que la dénitrification naturelle au niveau des nappes n'est pas un phénomène négligeable. En effet, les bilans de masse résultant de la modélisation numérique (modèle vertical 2D sous forme de section) montrent qu'en présence d'un Front d'Oxydo-Réduction, 80 à 90 % des nitrates entrants dans l'aquifère sont détruits au cours du transfert et n'atteignent donc pas le ruisseau.