No document available.
Abstract :
[fr] Par leur localisation dans le sous-sol, les eaux souterraines bénéficient d’une protection naturelle généralement efficace. Néanmoins, si une contamination se produit, il est plus difficile d’intervenir (par rapport aux eaux de surface) en vue de ramener la qualité de ces eaux en conformité avec les normes de potabilité ou d’utilisation. Il est donc important de prévenir tout risque de pollution de cette ressource. Il est tout aussi important d’évaluer l’impact potentiel d’une contamination qui n’aurait pu être empêchée, en particulier identifier les zones du bassin d’alimentation de l’aquifère où l’occurrence d’une pollution est plus susceptible de conduire à une dégradation de la qualité de l’eau souterraine et proposer de manière anticipée des mesures adéquates de gestion et protection.
Au cours de sa migration dans le milieu souterrain, généralement à travers la zone non saturée d’abord, dans la zone saturée ensuite, les polluants sont soumis à une série de mécanismes et processus physiques, chimiques et biologiques qui peuvent conduire à leur atténuation naturelle plus ou moins importante. Selon les conditions hydrodynamiques et hydrodispersives qui y prévalent, le milieu souterrain possède donc un pouvoir « auto-épurateur » plus ou moins efficace, qu’il est très intéressant d’évaluer en parallèle à toute action préventive et de connaître avant une éventuelle action de décontamination/remédiation.
Une des notions introduites en lien avec l’idée de protection naturelle offerte par le milieu souterrain est celle de vulnérabilité des eaux souterraines, le but étant de classer des zones géographiques en fonction de leur façon de réagir vis-à-vis d’une contamination potentielle. De nombreuses méthodes ont été développées en vue de cartographier la vulnérabilité des eaux souterraines. Les plus utilisées se basent généralement sur des approches multicritères d’indexation et de pondération de facteurs, en vue d’évaluer et de cartographier les propriétés du milieu souterrain, via la prise en considération d’un nombre plus ou moins important de facteurs susceptibles de réduire ou accentuer le risque de contamination de l’eau souterraine. Elles font généralement plus appel au « bon sens » et à l’expérience de l’hydrogéologue qu’à la rigueur scientifique des phénomènes physiques, chimiques et biologiques. Ces méthodes sont conçues pour être relativement simples à appliquer. Cependant, elles souffrent généralement d’un empirisme plus ou moins important, rendant toute comparaison impossible et fournissant des résultats (indices et classes de vulnérabilité) difficiles, voire impossibles à interpréter physiquement et à valider. Les résultats obtenus avec ces méthodes sont donc peu fiables et sans réelle utilité pratique.
Le point de départ de ces problèmes est le manque de clarté de la définition du concept de vulnérabilité, principalement l’absence de critères auxquels se référer en vue d’évaluer la vulnérabilité du milieu souterrain. Partant du constat que les cartes de vulnérabilité réalisée en appliquant des méthodes existantes sont plutôt inadaptées aux besoins réels de protection des ressources en eau souterraine et que, par conséquent, ces méthodes sont difficilement utilisables en pratique, la nouvelle méthode Apsû, est proposée. Suivant cette nouvelle méthode, l'évaluation de la vulnérabilité des eaux souterraines se base sur des processus régissant le devenir des polluants dans le bassin d’alimentation de l’aquifère, à savoir le ruissellement et l'infiltration à la surface du sol et le transport des polluants dans le milieu souterrain. Une distinction entre la dangerosité à la surface du sol et la capacité d'atténuation du milieu souterrain est donc introduite. La dangerosité vise à refléter dans quelle mesure les polluants sont susceptibles de s’infiltrer dans le milieu souterrain, directement ou latéralement après ruissellement à la surface du sol. La capacité d'atténuation du milieu souterrain se réfère à tout processus conduisant à la réduction de la masse de polluant depuis le lieu d'infiltration jusqu'à la zone saturée de l’aquifère. Le concept de capacité d'atténuation du milieu souterrain est examiné et adapté à l'évaluation de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines, en tenant compte de trois coefficients de vulnérabilité basés sur les processus, à savoir le temps de transfert minimal du polluant entre la source de pollution et la zone saturée de l’aquifère, la durée de la pollution dans l’eau souterraine et la concentration maximale du polluant se déversant dans l’eau souterraine.
La méthode étant physiquement basée, elle produit des résultats très clairs, directement exploitables en pratique, contrairement aux autres méthodes qui ont été testées. Les cartes produites peuvent être très utiles dans le cadre de la planification et la gestion du territoire intégrant une politique de protection à long terme de la qualité des eaux souterraines. Cet outil d’aide à la décision doit être, du point de vue des décideurs, aussi simple que possible, du point de vue des scientifiques, aussi rigoureux que possible. L’outil proposé constitue un excellent compromis entre ces deux points de vue. Il permet de combiner de manière rigoureuse une série de facteurs influents, appréhendables un par un, mais pas tous ensemble. Il fournit une vision d’ensemble du bassin versant, mettant en évidence les points les plus dangereux, tout en informant l’utilisateur du danger associé à ces points (pollution à court terme ou à long terme, pollution de courte ou de longue durée…).
Les concepts présentés sont illustrés par l'application de la méthode Apsû pour l'évaluation de la vulnérabilité intrinsèque des eaux souterraines dans le bassin versant de Néblon, un système aquifère mixte de calcaires du Carbonifère localement karstifiés et de grès du Dévonien supérieur en Belgique. Les raisons de ce choix sont multiples : c’est un bassin très important pour l’alimentation en eau de la région liégeoise ; un certain nombre de données existe dans ce bassin ; des méthodes de vulnérabilité « classiques » ont déjà été appliquées dans ce bassin, ce qui permet de faire des comparaisons entre les résultats et de tirer des renseignements utiles.
Enfin, les résultats de la méthode Apsû sont discutés et les perspectives de généralisation de la méthode pour la cartographie de la vulnérabilité spécifiques et des risques spécifiques aux eaux souterraines sont présentées.
En définitive, ce travail de recherche comble un vide important existant en termes d’outils pratiques, en vue d’une protection optimale et à long terme des ressources en eau souterraine. Ceci est en adéquation avec les besoins de développement économique et les contraintes d’aménagement du territoire. La mise en œuvre d’une méthode d’évaluation et de cartographie de la vulnérabilité des ressources en eau souterraine permettrait également dans le futur de combler un « flou » juridique important en dehors des zones de protection.
[en] Because of its location underground, groundwater benefits from a generally efficient natural protection. However, if any contamination occurs, it is more difficult to intervene (compared with surface water) to bring its quality back into line with standards for potability or use. It is therefore important to prevent any risk of pollution of this resource. It is equally important to assess the potential impact of contamination that could not be prevented, and in particular to identify the areas of the aquifer catchment area where any pollution is more likely to lead to a deterioration in groundwater quality, and to anticipate and propose appropriate management and protection measures.
As pollutants migrate through the underground environment, generally first through the unsaturated zone and then into the saturated zone, they are subjected to a series of physical, chemical and biological mechanisms and processes that can lead to their more or less significant natural attenuation. Depending on the prevailing hydrodynamic and hydrodispersive conditions, the underground environment therefore has a more or less effective ‘self-purifying’ capacity, which it is very important to assess in parallel with any preventive action and to be aware of before any decontamination/remediation is undertaken.
One of the concepts introduced in connection with the idea of natural protection offered by the underground environment is that of groundwater vulnerability, the aim of which being to classify geographical areas according to the way they react to potential contamination. Numerous methods have been developed to map the vulnerability of groundwater. The most widely used are generally based on multi-criteria approaches involving indexation and weighting of factors, with a view to assessing and mapping the properties of the groundwater environment through consideration of a number of factors likely to reduce or accentuate the risk of groundwater contamination. They generally rely more on the ‘common sense’ and experience of the hydrogeologist than on the scientific rigour of physical, chemical and biological phenomena. These methods are designed to be relatively straightforward to apply. However, they generally suffer from a relatively high degree of empiricism, making comparisons impossible and producing results (vulnerability indexes and classes) that are difficult, if not impossible, to interpret physically and to validate. The results obtained using these methods are therefore unreliable and of no real practical use.
The starting point for such problems is the lack of clarity in the definition of the concept of vulnerability, principally the absence of criteria to which to refer in order to assess the vulnerability of the groundwater environment. Based on the observation that the vulnerability maps produced by applying existing methods are rather unsuited to the real needs of protecting groundwater resources and that, consequently, these methods are difficult to use in practice, the new Apsû method is proposed. This new method assesses the vulnerability of groundwater on the basis of the processes governing the fate of pollutants in the catchment area of the aquifer, i.e. runoff and infiltration at land surface and the transport of pollutants in the underground environment. A distinction is therefore made between the hazard at the ground surface and the attenuation capacity of the underground environment. Land surface hazard is intended to reflect the extent to which pollutants are likely to infiltrate into the groundwater, either directly or laterally after runoff at the land surface. The attenuation capacity of the underground environment refers to any process leading to mass reduction of the pollutant from the point of infiltration to the saturated zone of the aquifer. The concept of attenuation capacity of the groundwater environment is examined and adapted to the assessment of the intrinsic vulnerability of groundwater, considering three process-based vulnerability coefficients, namely the minimum travel time of the pollutant from the source of pollution to the saturated zone of the aquifer, the duration of the pollution in the groundwater and the maximum concentration of the pollutant discharging into the groundwater.
As the method is physics-based, it produces very clear results that can be used directly in practice, unlike the other methods that have been tested. The maps produced can be very useful in land-use planning and management incorporating a long-term groundwater quality protection policy. This decision-making tool must be as simple as possible from the point of view of the decision-makers, and as rigorous as possible from the point of view of the scientists. The proposed tool represents an excellent compromise between these two points of view. It enables a series of influential factors to be combined in a rigorous way, which can be apprehended one by one, but not all together. It provides an overall view of the catchment area, highlighting the most dangerous points, while informing the user of the danger associated with these points (short-term or long-term pollution, short-term or long-term pollution, etc.).
The concepts presented are illustrated by the application of the Apsû method to assess the intrinsic groundwater vulnerability in the Néblon catchment, a mixed aquifer system made up of locally karstified Carboniferous limestone and Upper Devonian sandstone in Belgium. There are several reasons for this choice: it is a very important basin for the water supply of the Liège region; a certain amount of data exists in this basin; ‘classic’ vulnerability methods have already been applied in this basin, which makes it possible to compare results and draw useful information.
Finally, the results of the Apsû method are discussed and the perspectives for generalising the method for mapping the specific vulnerability and risks of groundwater are presented.
Ultimately, this research work fills a major gap in terms of practical tools for optimal, long-term protection of groundwater resources. This is in line with the needs of economic development and land-use planning constraints. The implementation of a method for assessing and mapping the vulnerability of groundwater resources would also make it possible in the future to fill a significant legal ‘void’ beyond the protection zones.
