par Pierre Aurousseau, Marie
Chantal Baqué et Hervé
Squividant,
Spatialisation Numérique
ENSAR, 65, rue de Saint Brieuc
35042 Rennes Cedex
Rapport demandé par la DRAF de Bretagne dans le cadre de la Convention :
La Bretagne a une superficie d'environ 30 000 km2, soit 3 000 000 d'hectares. Cette surface est subdivisée en bassins versants. Nous appellerons bassins versants principaux des bassins versants qui débouchent à la mer. Nous appellerons sous bassins versants, des bassins versants dont l'exutoire ou embouchure n'est pas située sur le rivage marin mais correspond à un point quelconque de l'espace continental.
Le plus grand bassin versant, en Bretagne, est celui de la Vilaine qui mesure plus de 10 000 km2, soit un tiers de la superficie de la région. A l'échelle de la région, c'est un grand bassin versant qui écrase toute la région par son importance. A l'échelle de l'Europe ou de la Terre et même de la France, c'est un petit bassin versant, un bassin dit côtier. Tous les qualificatifs ont un autre sens à l'échelle de la région.
A l'échelle de la région, nous appellerons grands bassins versants, les bassins ayant une superficie supérieure à 80 000 hectares comme le Trieux, le Couesnon, la Rance, l'Aulne, l'Ellé, le Blavet et la Vilaine (Tableau 1). D'une façon analogue, nous appellerons bassins versants côtiers, les très petits bassins versants de moins de 2 000 hectares.
En se fondant sur le Modèle Numérique de Terrain de la Bretagne à pas de 250 m, il y a 94 bassins versants de plus de 2 000 ha en Bretagne. En fait, il y en a 95, car le MNT à pas de 250 m introduit une confusion entre les bassins du Guillec et de l'Horne qui sont confondus par erreur, consécutivement à un raccordement malencontreux du réseau hydrographique estimé de ces deux rivières. Les 94 ou 95 bassins versants de plus de 2 000 hectares sont présentés dans le Tableau 2 et dans la Carte 1.
La limite Est de la région correspond assez correctement à la limite hydrologique. Le Couesnon et la Vilaine ont une partie de leur bassin versant qui s'étend en dehors de la région. Une partie du haut bassin de la Sélune est en Bretagne.
Les bassins versants côtiers ayant une superficie inférieure à 2 000 ha représentent dans leur ensemble moins de 10 % de la surface de la région (Carte 2).
Le réseau hydrographique peut être représenté avec un chevelu plus ou moins développé. Le développement du chevelu est lié à un paramètre : le seuil de surface à partir duquel on observe une circulation permanente de l'eau. Ce seuil de surface varie d'un substrat géologique à l'autre. Il dépend aussi d'autres paramètres géologiques : le taux de fracturation, l'âge des surfaces d'érosion, etc. Globalement, compte tenu de la géologie de la Bretagne, ce seuil de surface est assez peu variable : il va d'environ 25 hectares sur granite à environ 100 hectares sur schistes (Mérot, communication personnelle).
Dans une représentation à l'échelle du 1/500 000, on ne peut pas représenter tout le chevelu du réseau hydrographique. Il peut être utile de choisir un seuil de surface de l'ordre de 100 à 650 hectares (Carte 3). Par contre, dans des représentations au 1/25 000, on peut souhaiter représenter le chevelu hydrographique dans son intégralité. Notons que le réseau hydrographique déterminé par les techniques de MNT correspond à un réseau théorique qui peut être localement différent du réseau hydrographique vrai.
Il y a une infinité de façons différentes de découper les bassins versants en sous bassins versants. Il n'existe pas de découpage officiel en sous bassins versants.
L'Agence de l'Eau se fonde pour ses travaux sur un découpage que l'on peut qualifier de semi-naturel. En effet pour les rivières qui ont un bassin versant allongé, non compact et un réseau hydrographique en arêtes de poisson, le système de l'Agence de l'Eau propose un découpage du bassin versant en tronçons qui sont assez arbitraires. L'objectif poursuivi est plutôt d'obtenir des sous bassins de taille voisine que de respecter une logique hydrologique en isolant des sous bassins versants dont l'exutoire est à un point de confluence.
Pour illustrer cela, nous pouvons prendre l'exemple du bassin de l'Elorn. Dans le système de l'Agence de l'Eau, il y a un haut Elorn et un moyen Elorn dont les exutoires sont assez arbitraires (Carte 4). Un découpage naturel du bassin versant de l'Elorn, isole des sous bassins de petite taille (Carte 5 et Tableau 4). D'autres rivières en Bretagne ont une structure en arêtes de poisson comme l'Elorn. On peut citer la Claie, l'Arz, l'Oust amont, le Scorff. Cette liste n'est pas limitative.
A partir du découpage de la Bretagne en 94 bassins principaux de plus de 2 000 hectares, nous avons procédé au découpage de ces bassins en sous bassins versants. Trois seuils de surface ont été choisis : 5 000, 10 000 et 15 000 ha. Le découpage est réalisé à un point de confluence.
En effet la méthodologie suivante est adoptée : on teste à chaque point de confluence la surface du sous bassin versant affluent de la rivière principale ; si la surface de ce sous bassin affluent est supérieure au seuil choisi, ce sous bassin versant est sélectionné et son exutoire est considéré comme étant la dernière maille du modèle numérique de terrain situé sur le réseau hydrographique du bassin versant affluent avant d'atteindre le point de confluence.
Sur cette base il y a 137 bassins versants de plus de 2 000 ha et sous bassins versants de plus de 15 000 ha en Bretagne (carte 6).
De même, sur la même base, il y a 193 bassins versants de plus de 2 000 ha et sous bassins versants de plus de 10 000 ha en Bretagne (carte 7).
Et de même, sur la même base, il y a 214 bassins versants de plus de 2 000 ha et sous bassins versants de plus de 5 000 ha en Bretagne (carte 8).
Les cartes correspondant à ces découpages ont été produites de même que les bases de données correspondantes. Ces bases de données ne sont pas jointes à ce rapport, mais elles peuvent être consultées.
Notre travail intervient en aval du travail réalisé par le CEMAGREF de Rennes sur la base des données du Recensement de l'Agriculture 1988. Le CEMAGREF a élaboré un logiciel nommé BILRGA qui permet de calculer des bilans de type CORPEN par unité administratives : communes ou cantons. C'est cet outil qui a servi jusqu'ici à définir la notion de canton en excédent structurel.
L'inconvénient de réaliser de tels bilans à l'échelle du canton est de gommer des disparités communales. Tous les cas peuvent se présenter :
Notre objectif étant d'agréger les données par bassins versant ayant une surface suffisamment petite (jusqu'à 30 000 hectares, 15 000 hectares, voire moins), il était indispensable de travailler sur la base des bilans communaux.
A cette fin nous avons produit les cartes communales des apports d'azote d'origine animale (Carte 9) et la carte communale des bilans d'azote (Carte 10). Pour faciliter la lecture de la carte des apports d'azote d'origine animale, nous avons édité une carte en trois classes (apports d'azote d'origine animale inférieurs à 170 kg par hectare de surface agricole utile épandable, compris entre 170 et 210 kg, et supérieurs à 210 kg).
Nous introduisons ici, le concept de surface agricole utile épandable, qui correspond à la surface agricole utile diminuée des surfaces impropres à l'épandage soit pour des raisons réglementaires (distances au réseau hydrographique, aux habitations...) soit pour des raisons pédologiques ( sols impropres aux épandages). Les experts estiment, en moyenne, à 30 % les surfaces non épandables. Ce taux de surfaces non épandables est sujet à une forte variabilité qui fait l'objet de travaux de la part du CEMAGREF de Rennes. La carte que nous présentons a été calculée sur la base d'un taux de surfaces impropres à l'épandage de 30 %, conforme au dire des experts (Carte 11).Pour illustrer l'effet de lissage qui provient de calculs par cantons, nous fournissons à titre d'illustration la carte cantonale des bilans d'azote (Carte 12) réalisée par le CEMAGREF de Rennes.
Concernant la carte des bilans d'azote communaux (carte 10), cette carte a été réalisée en faisant l'hypothèse que l'utilisation d'engrais azotés a été homogène sur l'ensemble de la région. A cette fin, nous avons utilisé la moyenne régionale d'utilisation d'engrais azotés par hectare de SAU de 1988, c'est à dire la valeur de 114 kg de N par hectare de SAU. L'utilisation des moyennes départementales conduit à des résultats qui ne sont pas satisfaisants. Rappelons que ces moyennes départementales étaient respectivement, en 1988, de 94 kg de N par ha de SAU pour les Côtes d'Armor, 116 kg de N par ha de SAU pour le Finistère, 168 kg des N par ha de SAU pour l'Ille-et-Vilaine et 70 kg de N par ha de SAU pour le Morbihan. En travaillant de la façon que nous avons choisie, les bilans régionaux ne sont pas affectés, mais on peut penser que l'on sous-estime fortement les bilans d'azote dans les zones légumières de plein champ (Finistère Nord, région de Saint-Malo), de même on sous-estime assez fortement les bilans dans les zones de production végétale intensive d'Ille-et-Vilaine ; inversement, on surestime ces bilans dans certains secteurs du Morbihan et des Côtes d'Armor.
On sait bien que le recensement de l'agriculture affecte les données qui ont trait à une exploitation à la commune où est implantée le siège de l'exploitation agricole. Ceci peut-être la source d'un biais important. En effet, une exploitation dont le siège est dans la commune A, peut avoir ses parcelles d'épandage situées principalement dans la commune B. Le calcul du bilan communal d'azote de la commune A pourra alors être surévalué et celui de la commune B sous-évalué. L'effet de ce biais n'est pas connu avec précision : d'une part, il doit y avoir des phénomènes de compensation, d'autre part les communes chargées sont souvent contiguës et forment des îlots entourés de communes assez fortement chargées.
L'effet de ce problème d'affectation des données aux communes a peut-être été surestimé. Toujours est-il, que nous proposons de lire ces cartes dans une optique de suspicion et non de réalité objective : telle commune "en rouge" est interprétée comme "suspectée" d'avoir un bilan fortement excédentaire ou d'être au dessus de la norme de 170 kg d'azote d'origine animale par hectare de surface agricole utile épandable.
Le CEMAGREF a procédé en 1994 à une analyse critique des données qui ont servi à l'établissement de ces bilans communaux et cantonaux. Ces chiffres ont été croisés avec d'autres informations émanant d'autre sources et ceci nous conduit à proposer les bilans suivants pour 1988 et 1992 (tableau 5).
Dans ce tableau la colonne "exportation des cultures" mérite un commentaire : le chiffre de 310 000 tonnes correspondrait à une exportation par les cultures au potentiel (rendement maximal sous un climat donné et pour un sol donné). L'exportation réelle serait inférieure (peut être de l'ordre de 20 %).
Nous introduisons ici la notion d'abattement (dernière colonne). L'abattement est l'ensemble des processus qui consomment de l'azote. On peut citer dans ces processus : la volatilisation, la dénitrification, la réorganisation d'azote sous forme de matière organique, l'auto-épuration et l'augmentation du stock dans les nappes et dans les sols. Il faut aussi remarquer que dans ces bilans de type CORPEN la minéralisation de la matière organique n'est pas prise en compte et nous savons qu'en Bretagne, elle peut être très importante (éventuellement de plusieurs centaines de kg de N par hectare et par an, résultat de l'arrière effet de nombreuses années de réorganisations massives).
On observe qu'en 1988, les flux d'azote mesurés vers les estuaires auraient été de 270 000 tonnes de NO3-, soit du même ordre de grandeur que l'abattement.
L'évolution de 1988 à 1992 se caractérise de la façon suivante: diminution de 60 000 tonnes de la quantité d'azote minéral utilisé en Bretagne, légère diminution de l'azote d'origine bovine (moins 5 000 tonnes), augmentation de l'azote d'origine porcine et avicole (environ plus 5 000 tonnes d'augmentation chacun). On peut en conclure que dans les zones sans élevage hors sol, le bilan d'azote s'est amélioré et on devrait voir la qualité des eaux s'améliorer progressivement dans les prochaines années. Par contre, dans les zones d'élevage hors sol, la situation s'est dégradée, la qualité de l'eau va continuer à se dégrader. Le rythme d'augmentation mesuré de la dégradation de la qualité de l'eau est de 2 à plus de 4 mg de NO3- par an. Rien ne permet pour l'instant d'espérer une amélioration. Sur le plan du bilan régional de l'azote, ce bilan s'est amélioré, alors que les flux d'azote vers les estuaires ont continué à augmenter, de même que la concentration en nitrates a continué à croître. Les concentrations et les flux d'azote ont continué à croître sans doute sous l'effet de la minéralisation de la matière organique qui est comme nous l'avons dit plus haut le reflet d'un arrière effet de réorganisations massives dues aux années précédentes.
Observons bien que les prévisions optimistes d'amélioration de la qualité des eaux (en regard à l'azote) dans les zones sans élevage hors sol ne sont fondées sur aucune modélisation, mais sur la simple observation de l'amélioration des bilans dans ces zones.
Le tableau 5 donne une estimation des proportions relatives des apports d'azote d'origine porcine, bovine, avicole pour les années 1988 et 1992.
Sur le plan de la technique informatique, l'agrégation des données communales par bassins versants est réalisée en rasterisant (discrétisant) la carte communale conformément au Modèle Numérique de Terrain : cela revient à appliquer sur la carte communale une grille dont l'origine, la taille des mailles, l'orientation sont celles du MNT. Les informations relatives à une commune sont alors attribuées à toutes les mailles carrées qui se projettent sur l'étendue de cette commune.
Quand cette rasterisation est achevée, on "importe" le produit de cette rasterisation dans la base de données du MNT. Dans cette base de données chaque maille du Modèle Numérique de Terrain est caractérisée par un certain nombre d'attributs. Parmi ces attributs, il y a les attributs par défaut du MNT, c'est à dire les coordonnées x, y et z (altitude), suivis d'attributs supplémentaires parmi lesquels on trouve par exemple le bilan communal d'azote que l'on vient d'importer et qui se trouve ainsi agrégé par bassins versants. La carte 13 montre le résultat de cette agrégation dans le cas du découpage de la Bretagne en 94 bassins principaux de plus de 2 000 ha. On peut de la même façon agréger ces données en tout autre découpage de la région en bassins versants et en sous bassins versants. Des illustrations de cette fonction seront données plus loin.
Connaissant en toute maille du MNT le bilan d'azote qui provient du bilan communal qui a été importé dans le MNT, on peut calculer en toute maille du MNT définie comme une maille exutoire le cumul des bilans des mailles qui appartiennent au bassin versant de cette maille. Nous appellerons ce nouvel attribut qui est ajouté à la base de données du MNT : bilan cumulé ou azote cumulé. Ce bilan cumulé correspond à une estimation du flux agricole théorique annuel d'azote à l'exutoire de tout bassin versant. Cette estimation du flux fondée sur la méthode des bilans du type CORPEN ne prend pas en compte un certain nombre de processus dont les principaux ont déjà été cités plus haut : la minéralisation de la matière organique qui intervient positivement dans le bilan réel de l'azote, la volatilisation, la dénitrification, la réorganisation, l'auto-épuration qui interviennent négativement dans le bilan réel de l'azote. Si l'on compare l'estimation du flux d'azote obtenue par le bilan cumulé et ce que l'on peut savoir des flux réels mesurés, on constate que pour certains bassins versants comme l'Aber Ildut par exemple (bv n°33) les flux estimés sont très proches de la réalité mesurée. Par contre pour d'autres bassins versants comme le Frémur (bv n°28) ou la Vilaine (bv n°92), les flux estimés par les bilans cumulés sont très supérieurs ou supérieurs aux flux mesurés, ce qui signifie que ces bassins versants sont le siège d'une auto-épuration sans doute principalement sous forme de volatilisation et de dénitrification.
Le vecteur des transferts de l'azote dans les bassins versants et le réseau hydrographique étant l'eau, nous avons réalisé deux nouvelles cartes à l'échelle de la Bretagne : la carte de la pluviométrie efficace sur la base des données météorologiques trentenaires et une carte des modules spécifiques (débits moyens annuels) sur la base des données moyennes du SRAE. En comparant ces deux cartes (cartes 14 et 15), on constate une différence moyenne de l'ordre de 150 mm en faveur du module spécifique. Cette différence est tout à fait logique : en effet, la pluviométrie efficace est calculée sur la base de la somme des bilans mensuels P - ETP, quand P est supérieur à ETP, P représentant la pluviométrie, ETP représentant l'évapotranspiration potentielle,
S (P -ETP) (1)
si P > ETP
alors que les débits spécifiques sont plutôt le reflet de la somme des bilans mensuels P - ETR, ETR représentant l'évapotranspiration réelle. Les débits spécifiques expriment la disponibilité réelle de l'eau pour l'écoulement,
S (P -ETR) (2)
si P > ETR
La pluviométrie efficace est habituellement exprimée en millimètres d'eau ; les modules spécifiques sont habituellement exprimés indistinctement en millimètres d'eau, ou en litres par seconde par km2.
De la même façon que pour l'azote, on peut, en tout point du Modèle Numérique de Terrain, cumuler les précipitations efficaces ou les modules spécifiques de l'ensemble du bassin versant de chaque point. Nous appellerons "pluie cumulée" ce nouvel attribut qui est une estimation moyenne annuelle du flux d'eau qui affecte une maille du Modèle Numérique de Terrain.
En divisant le flux moyen annuel d'azote estimé par "l'azote cumulé" et le flux moyen annuel d'eau estimé par la "pluie cumulée", on obtient une estimation de la concentration moyenne annuelle en nitrates d'origine agricole de l'eau en toute maille du Modèle Numérique de Terrain. Ce nouvel attribut peut être visualisé sur l'ensemble du MNT (Carte 16), ou seulement sur tout ou partie du réseau hydrographique estimé (Carte 17).
On peut en tout point du Modèle Numérique de Terrain interroger la base de données ainsi constituée qui caractérise chacune de ses mailles. On voit sur la figure 1 le résultat d'une telle interrogation ponctuelle avec le logiciel MntSurf.
Après la présentation en Comité Régional Agri-Environnemental (CRAE) du 21 avril 1994 de 30 bassins versants action, le Comité STAR, l'instance de l'Union Européenne chargée d'émettre un avis sur les dossiers présentés par les états membres au sujet des structures agricoles et rurales, a donné son accord le 27 septembre 1994 à cette liste de bassins versants. Ces bassins versants ont été identifiés cartographiquement et caractérisés sur le plan de leur charge polluante. Les résultats de ce traitement sont présentés dans la carte 18 et le tableau 6.
L'analyse de cette liste nous amène à présenter les commentaires suivants :
Pour les bassins les plus chargés, on ne pourra pas obtenir une amélioration satisfaisante de la qualité des eaux en utilisant seulement des moyens agronomiques et des mesures agro-environnementales. La solution du problème dans ces bassins nécessitera le traitement des effluents d'élevage et la régulation de la production animale.
Pour les bassins hétérogènes et moyennement chargés, il sera difficile d'établir une politique uniforme de restauration de la qualité de l'eau. L'amélioration de la situation passerait par des mesures variables dans l'espace (modulées commune par commune par exemple).
Compte tenu de leur niveau de charge et de leur homogénéité, les bassins comme le Loc'h semblent bien adaptés à la mise en place d'une politique agro-environnementale.
Nous avons réalisé, depuis plusieurs mois, un suivi cartographique des candidatures des bassins versants de démonstration et d'action renforcée proposés dans le cadre du programme Bretagne Eau Pure N° 2. Par rapport à l'ensemble des candidatures qui ont été présentées, une présélection a été réalisée au niveau régional. A la date de Juillet 1995, dix bassins versants d'application et de démonstration ont été présélectionnés (carte 19 et tableau 7), ainsi que treize bassins versants d'action renforcée (carte 20 et tableau 8).
Nous avons examiné dans un premier temps la cohérence de la liste de ces bassins versants avec la liste des bassins versants qui ont été proposés par le CRAE en 1994 au titre des mesures agri-environnementales. Quatre bassins versants Bretagne Eau Pure ne font pas partie de la liste des bassins versants du CRAE 1994 : il s'agit du Kermorvan, du Frémeur, de la Penzé et du Canut Nord. Pour obtenir la meilleure cohérence possible, il est souhaitable, s'il se confirme que ces quatre bassins versants sont "élus" au titre de Bretagne Eau Pure qu'ils soient présentés au CRAE 1995 d'une façon prioritaire pour les mesures agri-environnementales 1995.
Un certain nombres d'autres bassins versants Bretagne Eau Pure ne sont que partiellement couverts pas les bassins versants CRAE 1994. Là aussi un problème de cohérence se pose et il sera nécessaire de demander au CRAE 1995 une extension des bassins versants 1994. Il s'agit des drains de Rennes I qui ne sont que partiellement représentés sur les bassins versants de la Minette et de la Loisance tels qu'ils ont été présentés au CRAE en 1994. Il s'agit aussi du bassin versant BEP2 de la Loisance qui est plus étendu d'environ 8 800 hectares que le bassin versant CRAE de la Loisance et il s'agit enfin du bassin versant BEP2 de la Haute Vilaine qui recouvre les bassins versants CRAE de la Cantache et de la Valière mais qui est plus étendu d'environ 28 000 hectares.
Certains bassins versants présentés au titre de Bretagne Eau Pure sont au contraire plus petits et inclus dans des bassins versants CRAE 1994 : il s'agit de la Noé-Sèche qui est inclus dans le Gouët et du Miny qui est inclus dans l'Yvel-Hyvet.
Pour les bassins versants Bretagne Eau Pure, nous avons utilisé la même procédure de traitement que pour les bassins CRAE 1994 : la charge en azote a été visualisée cartographiquement et prise en compte dans les bases de données pour juger du niveau de charge polluante de chaque bassin versant et de son hétérogénéité interne de charge.
Pour les bassins versants qui étaient déjà présents dans la liste CRAE 1994, on se reportera aux commentaires présentés au chapitre 8. Pour les bassins versants qui apparaissent pour la première fois, on peut proposer l'analyse suivante : que ce soit pour les bassins d'application et de démonstration (Kermorvan et Frémeur) ou pour le bassin d'action renforcée (Penzé), il s'agit de bassins fortement à très fortement chargés. Les mêmes commentaires que ceux réalisés pour les bassins versants fortement à très fortement chargés du CRAE peuvent donc être émis : on ne pourra pas obtenir, pour ces bassins versants, une amélioration satisfaisante de la qualité des eaux en utilisant seulement des moyens agronomiques et des mesures agro-environnementales. La solution du problème dans ces bassins nécessitera le traitement des effluents d'élevage et la régulation de la production animale.
Il est utile aussi de remarquer que le bassin versant de la Penzé est très fortement hétérogène avec un amont assez peu chargé en pollution et une zone centrale et aval très chargée, il sera donc nécessaire dans ce bassin versant de moduler géographiquement les mesures de reconquête de la qualité des eaux.
Le réseau national de bassins (RNB) présente 44 bassins versants qui intéressent la région Bretagne. Ces bassins versants ont été identifiés cartographiquement et caractérisés sur le plan de leur charge polluante. Les résultats de ces traitements sont présentés dans la carte 21 et le tableau 9.
Ces bassins versants ont fait l'objet d'un suivi de la concentration en nitrate à leur exutoire. Ce suivi a été réalisé depuis 1987. Une moyenne de ces teneurs en nitrate et une moyenne pondérée par les flux a été calculée par J. Abrassart (CEMAGREF Rennes). La moyenne pondérée par les flux est supérieure la plupart du temps à la moyenne simple. Ceci provient du fait que les concentrations en nitrate sont habituellement plus élevées en période de hautes eaux.
On constate d'abord qu'un certain nombre de bassins ont une moyenne pondérée supérieure à la concentration estimée par la méthode des bilans sur la base des statistiques agricoles. C'est le cas de 19 bassins versants :
1/ Pour six d'entre eux, une partie importante du bassin versant est hors Bretagne et nous ne disposons pas dans cette étude des bilans communaux hors Bretagne. Cette différence est alors simplement explicable. C'est le cas des bassins versants de l'Isac (13), du Don (16), du Semnon (18), de la Chère (20), de la Vilaine Amont (38) et de la Chère Amont (43). Ces six bassins versants sont présentés dans le tableau 10.
Tableau 10 : Les bassins RNB éliminés du traitement pour la raison 1
2/ Pour la Vilaine en aval de Rennes (5), on peut attribuer à l'agglomération l'excès de nitrate de 16 mg/l. Cette hypothèse peut aussi être avancée éventuellement pour l'Aulne (6) à l'aval de Chateaulin. Ces deux bassins versants sont présentés dans le tableau 11.
Tableau 11 : Les bassins RNB éliminés du traitement pour la raison 2
3/ Pour le bassin versant du Couesnon (tableau 12), nous ne disposons pas des mesures de concentrations et de flux à l'exutoire.
Tableau 12 : Les bassins RNB éliminés du traitement pour la raison 3
4/ Pour dix bassins versants la différence est sans doute explicable soit par une sous-estimation des apports d'origine agricole soit par une surestimation des exportations par les cultures. C'est le cas de la Laïta (9), de la Vilaine (10), de l'Aulne amont (17), du Léguer (22), du Scorff (24), de l'Odet (25), du Scorff Amont (31), de l'Aven (32), de l'Isole (37) et du Jarlot (41). On a déjà indiqué plus haut (6. les bilans globaux au niveau de la région) que nous estimons aujourd'hui que le bilan d'azote réalisé sur la base du Recensement de l'Agriculture 1988 conduit à une sous-estimation de ce bilan. Nous savons aussi que la part des apports due aux volailles est particulièrement sous-estimée. Ces dix bassins versants seraient des exemples de bassins versants où ces erreurs d'estimation auraient été réalisées. Ces dix bassins versants sont présentés dans le tableau 13.
Rappelons que nous appelons abattement la différence entre la concentration moyenne estimée à l'exutoire par la méthode des bilans et le flux mesuré calculé à partir de la concentration moyenne pondérée par les débits. On a calculé de même un abattement relatif qui est une expression du taux de diminution du flux en nitrate par rapport au flux estimé par la méthode des bilans. Il est du plus grand intérêt de connaître les paramètres qui interviennent sur cet abattement qui varie de 5 à 72% sur le sous ensemble de 25 bassins versants (voir tableau 14) où l'abattement est positif. En effet, cet abattement est une caractéristique de chaque sous bassin versant et il constitue un indicateur de son aptitude à l'auto-épuration.
On a souhaité mettre en évidence les facteurs du milieu naturel qui contribuent à l'abattement. Ces facteurs sont (J. Abrassart, travaux en cours) : la concentration théorique en azote à l'exutoire du bassin versant, l'importance des zones de pentes fortes dans le bassin, la pluie cumulée sur le bassin et la nature pétrographique du sous sol du bassin versant.
L'importance des zones de pentes fortes et la pluie cumulée contribuent négativement et faiblement à l'abattement (plus un bassin versant a des pentes fortes et reçoit des précipitations efficaces importantes moins son abattement est élevé). Ceci est le reflet de bassins versants où les phénomènes de ruissellement sont plus importants soit pour des raisons de pente ou de fortes précipitations. Sur les substrats granitiques et non schisteux, l'abattement est plus faible que dans les autres bassins versants. Ceci est le reflet d'une dénitrification moindre sur ces substrats géologiques.
Enfin l'abattement est d'autant plus élevé que le bilan théorique est fort. Pour les bassins versants qui ont une charge en azote relativement modérée (inférieure à 50 kg de N par hectare), le phénomène d'abattement est faible : inférieur à l'équivalent de 10 kg de N par hectare (figure 2).
On peut donc dire que pour ces bassins versants tout se passe comme si les mécanismes producteurs d'azote (comme la minéralisation de la matière organique) et les mécanismes consommateurs d'azote (comme la volatilisation et la dénitrification) se compensaient. Par contre, pour les bassins versants où la charge en azote est élevée, l'abattement est fort, il augmente avec le niveau de charge (figure 2) ; on peut aussi dire que pour ces bassins versants à charge en azote élevée, l'abattement relatif est fort et qu'il augmente d'une façon moins que proportionnelle avec le niveau de charge (figure 3). Compte tenu du fait que l'abattement est très faible dans les bassins versants à charge en azote relativement modèrèe, nous emettons l'hypothèse que ce phénomène d'abattement est à attribuer principalement à la dénitrification.
On sait que les populations de micro-organismes qui assurent la dénitrification sont d'autant plus actives
Avec les données dont nous avons disposé (un sous ensemble de 25 sous bassins versants extrait des 44 bassins du RNB), les tentatives de modélisation de l'abattement nous conduisent à la conclusion provisoire que l'abattement peut-être modélisé uniquement en prenant en compte la charge moyenne théorique en kg de N par hectare. La contribution des autres facteurs (pentes fortes, pluie cumulée, nature géologique du sous sol) n'est pas statistiquement significative. Nous avons pu réaliser une modélisation statistique sur ce jeu de 25 bassins versants RNB ; la modélisation statistique de cet abattement est assez satisfaisante : la figure 4 montre sur ce jeu de données l'écart entre le flux mesuré à l'exutoire de ces bassins et le flux estimé après prise en compte de l'abattement.
Cette modélisation a ensuite été appliquée à l'ensemble du Modèle Numérique de Terrain de la Bretagne. Les résultats de cette modélisation sont fournis pour le découpage de la Bretagne en 94 bassins versants principaux (tableau 2). Les principaux résultats de cette modélisation sont en accord avec les données des bassins versants RNB qui ont servi à construire le modèle:
En conséquence, alors que le bilan d'azote était excédentaire, en 1988, de 94000 tonnes de N sur les 28460 km2 représentés par les 94 bassins versants de plus de 2000 hectares, les flux estimés vers la mer provenant de ces bassins versants sont estimés à environ 68000 tonnes de N soit 300000 tonnes de nitrates. Ceci signifie que dans les bassins versants fortement chargés qui sont l'objet d'une forte pollution par l'azote, il existe déjà des phénomènes d'abattement. Sans ces phénomènes d'abattement la pollution serait encore plus catastrophique. On peut estimer ainsi que dans le cas du Fremur, en absence de phénomènes d'abattement la charge moyenne en nitrates serait de l'ordre de 400 mg de nitrates par litre.
Par contre, il est indispensable d'attirer l'attention sur le phénomène suivant extrèmement important: compte tenu du caractère moins que proportionnel de l'abattement, une diminution de la charge en azote par moitié dans un bassin versant chargé ne se traduira pas par une division par deux du flux d'azote. Prenons l'exemple du bassin versant du Kerouallon (Loc-Eguiner Ploudiry) sous bassin versant de l'Elorn ; sur ce bassin versant, l'excès d'azote est estimé à 146 tonnes pour une surface de 600 hectares et le flux à l'exutoire est de l'ordre de 41 tonnes de N (travaux en cours du Cemagref), si la charge en azote était divisée par deux et représentait 73 tonnes, le flux d'azote sortant est estimé à 29 tonnes. On est donc amené à constater que dans ce cas une diminution de moitié de l'excédent d'azote ne se traduirait que par une diminution d'un tiers du flux d'azote à la sortie du bassin versant. Ce résultat de cette modélisation est extrèmement important à prendre en compte pour éviter de se méprendre sur la portée exacte des mesures qui seraient prises visant à améliorer les bilans d'azote.
Quand il s'agit non plus de réaliser des diagnostics régionaux mais de procéder à la mise en place d'actions sur des bassins versants ou des sous bassins versants particuliers, il est nécessaire d'utiliser des Modèles Numériques de Terrain à grande résolution spatiale comme les MNT à pas de 20 mètres. Les imprécisions de positionnement géographique de l'ordre de 20 mètres sont alors compatibles avec des documents cartographiques à l'échelle du 1/25 000eme.
Avec ces MNT à pas de 20 mètres on peut alors procéder à une extraction précise du contours du bassin versant et des sous bassins versants, on peut aussi procéder à des extractions des zones hydromorphes de bas-fonds qui sont le siège principal des processus de dénitrification et qui sont susceptibles d'intercepter les ruissellements de produits phytosanitaires, de phosphore et de métaux lourds. On peut aussi de la même façon identifier cartographiquement les zones de pente forte, les zones convexes sensibles au ruissellement et les zones concaves susceptibles d'être le siège de mécanismes de réinfiltration.
On se repportera pour plus de détails à "Rôle environnemental et identification cartographique des sols hydromorphes de bas-fond. Cas du bassin versant de la Rade de Brest, par P. Aurousseau et H. Squividant, in 3e rencontres scientifiques internationales, contrat de baie Rade de Brest, 1995".
Rappelons que l'identification cartographique des zones hydromorphes de bas-fonds se fait en utilisant un indice topographique calculé à partir du Modèle Numérique de Terrain : l'indice de Beven-Kirkby. L'utilisation de cet indice nécessite un site de calage où l'on dispose simultanément d'une carte des sols à l'échelle du 1/25 000eme et d'un MNT à pas de 20 m. Nous avons fait dans le cadre de Bretagne Eau Pure 2 des propositions pour pouvoir disposer d'un nombre suffisant de sites de calage en Bretagne afin d'être en mesure de procéder à une identification cartographique des zones hydromorphes de bas-fonds sur de vastes surfaces.
Ces identifications cartographiques peuvent être réalisée en mode raster (Carte 24) ou en mode vecteur selon différents formats d'échange. Après vectorisation, le résultat de ces identifications cartographiques peut être visualisé soit sur des fonds raster de carte topographiques à l'échelle du 1/25 000eme (Carte 23), soit sur des représentations de la BD Carto. Les bases de données relatives à ce découpage en sous bassins versants peuvent être produites parallèlement avec calcul des surfaces des zones de bas-fonds et des surfaces de pente forte comme dans l'exemple du bassin versant de l'Elorn (tableau 4).
On fournit ainsi aux acteurs de l'environnement des bases de données et des supports cartographiques qui permettent une mise en oeuvre effective de mesures agro-environnementales comme le gel fixe et la conversion en herbages extensifs des zones hydromorphes de bas-fonds.
Les Modèles Numériques de Terrain ont démontré leur aptitude à définir des bassins versants et des sous bassins versants au niveau régional. Ils permettent aussi d'une façon extrêmement opérationnelle d'agréger des données de bilans d'azote par bassins versants. On peut donc passer de bilans réalisés sur des unités administratives comme les communes et les cantons à des unités hydrologiques fonctionnelles comme les bassins versants.
Quand des bassins versants sont proposés pour y mener une politique de reconquête de la qualité de l'eau, on peut porter un diagnostic sur ces bassins versants. Sont-ils homogènes? Sont-ils représentatifs des situations existant dans la région? Quel est leur niveau de charge polluante?
Enfin, en analysant les relations entre d'une part, les concentrations en nitrate et les flux mesurés et d'autre part les concentrations et les flux estimés par la modélisation, on peut aborder la caractérisation du pouvoir auto-épurateur de chaque bassin versant en utilisant la notion d'abattement.
Les données du réseau RNB, nous ont conduit à de premières conclusions. Pour aller plus loin, il va falloir appliquer la même méthodologie à un réseau beaucoup plus complet de points de suivi de la qualité des eaux en nitrate. La convention entre la DIREN et l'ENSAR sur la mise à disposition de l'ensemble des données nitrates collectées au niveau régional sur les points de suivi de la qualité des eaux nous permettra de poursuivre bien au delà l'analyse des facteurs explicatifs de l'abattement d'un bassin versant.
Il faudra reprendre cette agrégation des bilans d'azote sur la base de bilans d'azote réactualisés avec les données de 1993. Il nous faudrait aussi pouvoir disposer de statistiques d'utilisation communale des engrais azotés et de données géographiques plus précises sur les rendements obtenus pour parvenir à un diagnostic plus fin.
Carte 1 : Hypsométrie de la Bretagne avec les 94 bassins versants de plus de 2 000 hectares (page de couverture).
Carte 2 : Représentation des 94 bassins versants de plus de 2 000 hectares avec en fond de carte l'information hypsométrique. Les bassins versants côtiers et les zones extérieures à la Bretagne sont représentés en blanc.
Carte 3 : Le réseau hydrographique avec un seuil de 650 hectares.
Carte 4 : Copie du découpage Agence de l'Eau du bassin versant de l'Elorn.
Carte 5 : Découpage du bassin versant de l'Elorn en 35 sous bassins versants à l'aide du logiciel MNTSURF (MNT à pas de 40 m) avec en fond de carte l'information hypsométrique.
Carte 6 : Les sous bassins versants de plus de 15 000 hectares.
Carte 7 : Les sous bassins versants de plus de 10 000 hectares.
Carte 8 : Les sous bassins versants de plus de 5 000 hectares.
Carte 9 : Les apports d'azote d'origine animale par commune.
Carte 10 : Les bilans d'azote par commune.
Carte 11 : Les apports d'azote d'origine animale en kg d'azote par ha de Surface Agricole Utile (SAU) ont été traduits en kg d'azote par hectare de Surface Agricole Utile Epandable (SAUE) sur la base d'une moyenne approximative de 30% de Surface Agricole Utile Non Epandable (SAUNE).
Carte 12 : Les bilans d'azote par canton.
Carte 13 : Agrégation des bilans d'azote par bassins versants.
Carte 14 : Les précipitations efficaces sur la base des données météorologiques trentenaires de MétéoFrance.
Carte 15 : Les modules spécifiques sur la base des données annuelles du SRAE.
Carte 16 : La concentration estimée en nitrates sur l'ensemble du MNT. Les concentrations sont exprimées en mg/l.
Carte 17 : La concentration estimée en nitrates sur le réseau hydrographique avec un seuil de 1 000 hectares .
Carte 18 : Les bassins versants action agréés par le CRAE en 1994 avec visualisation des bilans d'azote.
Carte 19 : Les bassins versants d'application et de démonstration du Programme Bretagne Eau Pure N°2 avec visualisation des bilans d'azote.
Carte 20 : Les bassins versants d'action renforcée du Programme Bretagne Eau Pure N°2 avec visualisation des bilans d'azote.
Carte 21 : Les bassins versants du RNB avec visualisation des bilans d'azote.
Carte 22 : Les zones hydromorphes de bas fonds du bassin versant de l'Elorn (MNT à pas de 40 m).
Carte 23 : Contours vecteur des sous bassins versants de l'Elorn et des zones hydromorphes sur fond de carte raster IGN au 1/25 000e.
Tableau 1 : Les grands bassins versants
Tableau 2 : Les 94 bassins versants de plus de 2 000 ha
Tableau 3 :Noms et codes hydrologiques des rivières de Bretagne
Tableau 4 : Un découpage du bassin versant de l'Elorn en sous
bassins versants
dont l'exutoire correspond à un point de confluence
Tableau 5 : Bilans globaux au niveau de la région en 1988 et 1992
Tableau 6 : Les bassins versants agri-environnementaux 1994
Tableau 7 : Les bassins versants d'application et de démonstration de BEP2
Tableau 8 : Les bassins versants d'action renforcée de BEP2
Tableau 9 : Les bassins versants RNB
Tableau 10 : Les bassins versants RNB éliminés du traitement pour la raison 1
Tableau 11 : Les bassins versants RNB éliminés du traitement pour la raison 2
Tableau 12 : Les bassins versants RNB éliminés du traitement pour la raison 3
Tableau 13 : Les bassins versants RNB éliminés du traitement pour la raison 4
Tableau 14 : Les 25 bassins versants RNB sélectionnés
pour la comparaison entre
les flux de nitrate mesurés et les flux estimés à
partir d'un bilan agronomique
Figure 1 : Fenêtre d'interrogation ponctuelle obtenue avec le logiciel MntSurf
Figure 2 : Evolution de l'abattement en fonction de la charge moyenne
en azote
calculée par la méthode des bilans
Figure 3 : Evolution de l'abattement relatif en fonction de la charge
moyenne en azote
calculée par la méthode des bilans
Figure 4 : Comparaison entre les résultats du modèle (carrés
blancs) et
les valeurs mesurées (carrés noirs)