Estimation et cartographie de la vulnérabilité des aquifères en milieu forestier - Thüler, Lorienne (My University, 2014)
L’étude de la vulnérabilité des aquifères est un outil précieux pour les protéger contre les pollutions. Ainsi préservés, ces derniers peuvent être exploités pour l’approvisionnement en eau potable, sans devoir subir de traitement. C’est pourquoi de nombreuses méthodes de cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines ont été développées, comme EPIK et DRASTIC. Toutefois, ces méthodes ne considèrent pas les aspects spécifiques à l’écosystème forestier. Il s’agit là d’une lacune majeure dans l’optique d’une gestion durable des ressources en eau, car une grande partie de l’eau potable est issue de captages forestiers.
Cette thèse propose de combler cette lacune en développant deux approches innovantes : ForSIG et ForDISK pour caractériser la vulnérabilité des aquifères en milieu forestier. Il s’agit de méthodes semi-quantitatives à paramètres et indices superposables, qui prennent en compte les principaux critères environnementaux intervenant dans les mécanismes de rétention et de transfert des substances polluantes. De la superposition de ces critères est obtenu un degré de vulnérabilité pour chaque zone du bassin d’alimentation étudié. Les approches ForSIG et ForDISK proposent d’évaluer quatre critères qui n’étaient jusqu’alors que peu ou pas considérés. Parmi eux se retrouvent : l’épaisseur du sol sa perméabilité, le pourcentage de résineux et la répartition des âges dans les peuplements forestiers. Les études de cas de Thyez et des bois du Jorat menées durant cette recherche confirment l’importance de ces critères pour l’estimation de la vulnérabilité des aquifères en milieu forestier.
La méthode ForSIG permet la réalisation de cartes de vulnérabilité sur de grandes surfaces. Elle est testée sur la source de l’Eperon dans cette étude. Une comparaison avec les méthodes EPIK et DRASTIC prouve que la méthode ForSIG produit les cartes les plus réalistes quant à la vulnérabilité effective du terrain dans un contexte forestier. Toutefois, un essai de multi-traçages sur la source du Montant montre que l’addition d’un facteur de dilution de l’aquifère est primordial pour déterminer sa vulnérabilité, particulièrement pour les systèmes karstiques. L’introduction de ce facteur de dilution permet d’obtenir des cartes réalistes et fiables sur les terrains étudiés.
La méthode ForDISK permet quant à elle une appréciation simple et rapide de la sensibilité des zones boisées sur lesquelles des interventions sylvicoles sont envisagées. Elle a l’avantage de pouvoir être utilisée par les forestiers directement sur le terrain. Des recommandations relatives à l’exploitation forestière sont données pour éviter que des pollutions accidentelles ne se produisent sur les zones les plus vulnérables des bassins d’alimentation et ne contaminent la ressource en eau. Cette méthode est appliquée avec succès sur le site de Saint-Laurent dans la dernière partie de ce travail. Les résultats obtenus montrent qu’en plus de donner une bonne estimation de la vulnérabilité, la méthode ForDISK reste une méthode des plus utiles pour sensibiliser les forestiers aux problèmes de pollution des captages.
Les méthodes ForSIG et ForDISK s’appliquent toutes deux à l’évaluation de la vulnérabilité des aquifères à des pollutions accidentelles sur des bassins d’alimentation recouverts de 75 % de forêts au moins. Non testées sur des zones autres que tempérés et humides, une extension de leur application à d’autres contextes climatiques ou à d’autres types de pollution doit encore être mise à l’épreuve avant de pouvoir être recommandée. Malgré leurs imperfections, ces deux méthodes offrent un premier outil intéressant pour assurer de manière contrôlée la protection des ressources en eau dans les bassins d’alimentation forestiers., Groundwater vulnerability assessment is a valuable tool to protect groundwater resources against pollution. Through an active protection of vulnerable aquifers, uninterrupted drinking water supply without expensive treatment can be ensured. Many methods for groundwater vulnerability mapping exist, such as EPIK and DRASTIC. However, these are general methods that do not take into account a range of characteristics that are specific to forested catchments. This is a major impediment for sustainable water resources management, because a large part of drinking water originates from forested catchments.
The present research aims to close this methodological gap by developing two new approaches (ForSIG and ForDISK) that allow assessing the vulnerability of groundwater resources in forested catchments. They are semi-quantitative methods, based on a Parametric System Model. This implies a parametric rating and weighting of sensitivity criteria that are controlling the retention of pollutants. Vulnerability degrees are attributed to sub-areas of the catchment, according to the superposition of the sensitivity criteria. As opposed to existing vulnerability approaches, the ForSIG and ForDISK methods consider soil thickness and permeability, as well as forest structure and composition. Based on extensive field research at two sites (Thyez and Jorat), the importance of these parameters has been elaborated and considered in the methodology developed.
The ForSIG method has been developed to map groundwater vulnerability for regional scales. It has been applied to the Eperon spring. A comparison with the existing EPIK and DRASTIC approaches revealed that the ForSIG method produces maps that better reflect the vulnerability. However, extensive testing of the method using multiple tracers (at the Montant study site) clearly showed that additionally the dilution capacity of the aquifer plays a crucial role in the assessment of groundwater vulnerability, especially for karst systems. The introduction of the dilution factor allowed developing realistic and robust maps of vulnerability of the tested areas.
The ForDISK method, on the other hand, was developed to quickly assess the vulnerability of local scale forest plots. The main benefit of this approach is its field applicability for foresters: According to the identified vulnerability, recommendations on forest management can be obtained to avoid contamination due to forest work. The ForDISK methodology has been successfully tested on the Saint-Laurent study site. It provides a good and rapid estimation of the vulnerability on a small scale. Additionally, this approach is very useful to raise awareness among foresters on potential groundwater contamination due to forest harvesting.
The ForSIG and ForDISK methods can be applied only on catchments that are covered by at least 75% of forests. They were tested in humid temperate climate regions. Their applicability to other climatic contexts has to be assessed. Moreover, these methods only consider the intrinsic vulnerability of the aquifer with regard to accidental pollution, located at a single point of the catchment. Even though additional research on the applicability of these methods is required, they provide a first and important step towards the protection of groundwater resources in forested catchments.
Décrit notamment l'application de la méthode ForSIG sur deux terrains différents : la source du Montant à Genolier et la source de l'Eperon à Neuchâtel Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2014
Keywords: Cartographie; Eaux souterraines; Forêts; Eaux souterraines; forêts; vulnérabilité; cartographie; Groundwater; forests; vulnerability; mapping