L'élaboration de stratégies efficaces de protection des captages d'eau souterraine adaptées à un milieu rural nécessite une bonne compréhension des liens entre la qualité de l'eau captée et les activités agricoles menées à proximité de ces captages. Il est toutefois difficile d'évaluer l'impact de modifications de pratiques agricoles ou les résultats de la gestion du territoire sur l'aire d'alimentation d'un captage municipal. Afin d'apporter des éléments de réponse face à ce constat, une investigation a été réalisée sur l'aire d'alimentation d'un captage municipal d'eau potable en territoire agricole au Québec (Pont-Rouge), faisant appel à des mesures de terrain et des simulations numériques. L'étude a porté principalement sur les ions nitrates et les bactéries indicatrices de contamination fécale, principaux indicateurs de pollution de l'eau souterraine en zone agricole. Une série de 38 piézomètres ont été installés sur l'aire d'alimentation dans le but de mesurer des paramètres physico-chimiques et bactériologiques de la qualité de l'eau. Parallèlement à ce suivi de terrain, un modèle déterministe d'écoulement de l'eau souterraine et de transport des nitrates en aquifère granulaire à nappe libre a été élaboré dans le but d'évaluer l'applicabilité du modèle pour la prédiction des teneurs en nitrates au captage municipal. Le calage du modèle comprend une analyse de sensibilité des principaux paramètres et variables du modèle, une étape d'ajustement à des résultats de terrain pour une période déterminée, ainsi qu'une validation du modèle. Suite au calage du modèle, la simulation de divers scénarios a permis de prévoir les effets de changements des pratiques agricoles et de mieux comprendre les teneurs en nitrates mesurées par le passé au captage de la ville. Les résultats d'analyses physico-chimiques démontrent l'impact significatif des activités agricoles sur la qualité de l'eau souterraine, particulièrement les teneurs en nitrates. Les résultats d'analyses microbiologiques montrent pour leur part la forte variabilité des mesures de bactéries indicatrices de contamination fécale au sein de l'aquifère étudié. Enfin, les résultats de modélisation numérique et des scénarios suggèrent que le modèle est adapté pour la simulation des teneurs en nitrates au captage municipal, et qu'une meilleure gestion des pratiques agricoles peut améliorer significativement la qualité de l'eau au captage.

Pour étudier la vulnérabilité des captages prélevant les eaux des nappes du Miocène et de l'Oligocène vulnérable, la première étape a consisté à créer une base de données géo-référencée. Pour ce faire, la délimitation des aires d'alimentation des captages (AAC), l'inventaire des activités porteuses de risques au sein de ces AAC, ainsi que l'identification des produits et substances chimiques associées à ces activités ont été effectués. L'exploitation de cette base de données a permis de réaliser des cartographies de vulnérabilité et de risque de pollution industrielle pour chaque aire d'alimentation. A l'aide de ces cartes de risques, et en confrontant les secteurs les plus vulnérables des AAC à la carte d'occupation du sol, les captages les plus vulnérables ont pu être identifiés. Des mesures de gestion de risque pour ces captages ont par la suite pu être proposées. L'inventaire des méthodes de traitement biologique des perchlorates mené en parallèle à l'étude de vulnérabilité à révélé que l'atténuation naturelle contrôlée (ANC), la bioremédiation in situ (BIS), la bioremédiation ex-situ, la phytoremédiation et les zones humides artificielles sont les méthodes de traitement biologique des perchlorates dans les eaux souterraines. Pour une éventuelle application de l'ANC et de la BIS au sein de la nappe de l'Oligocène exploitée, et de la nappe alluviale de la Garonne faisant l'objet d'un projet d'exploitation, des tests de laboratoire ou de terrain sont nécessaires afin de juger de la présence ou non des conditions favorables à ces méthodes dans les milieux.

La gestion des ressources en eau souterraine consiste en partie à l’estimation du temps de séjour de l’eau dans l’aquifère. La décroissance radioactive du 14C au cours du temps est une méthode couramment utilisée. Cependant, elle repose notamment sur l’estimation de l’activité 14C (A14C) initiale des eaux souterraines. L’eau se minéralise en carbone lors de son transfert à travers la zone non saturée (ZNS) par interaction avec le CO2 et la matrice carbonatée, interactions qui font l’objet de cette étude. Un équipement spécifique au prélèvement du gaz, de l’eau et de la matrice a été mis en place sur deux sites d’étude en France, les sables de Fontainebleau non carbonatés (Yvelines) et les sables astiens carbonatés (Hérault). Les mesures in-situ sont couplées à une approche numérique afin de mieux contraindre les différents facteurs à l’origine de la composition isotopique du CO2 à la base de la ZNS. En l’absence de carbonates, le 13C du CO2 dépend du 13C moyen du CO2 produit, des quantités de CO2 produit et du coefficient de diffusion du CO2. Les variations saisonnières du 13C du CO2 en sub-surface tendent à disparaître en profondeur. Avant 1950, l’A14C du CO2 peut être considérée égale à celle du CO2 atmosphérique. Après 1950, suite aux essais nucléaires atmosphériques, elle est intermédiaire entre celle du CO2 atmosphérique et celle de la matière organique à taux de renouvellement rapide. En présence de carbonates, le 13C du CO2 augmente (l’A14C diminue) avec la profondeur. Cette évolution dépend du flux de précipitation/dissolution des carbonates, des quantités de CO2 produit et du coefficient de diffusion du CO2 dans la ZNS.