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Conference papers

Modélisation des transferts de contaminants nitriques vers les aquifères du bassin Seine-Normandie : Agricultures, Modèles, Flux

Résumé : Dans la continuité des travaux initiés par Eric Gomez dans le cadre de sa thèse de doctorat (2002), le centre de Géosciences de MINES ParisTech a maintenu le développement de la chaîne de modélisation "STICS-MODCOU'. A partir de pratiques agricoles spatialisées sur un bassin, cette chaîne permet de générer des flux de pollution diffuse (nitrates), flux ensuite introduits dans les différents compartiments de l'hydrosystème (formations non saturées, aquifères, cours d'eau). L'actualisation de ces modélisations couplées a été réalisée à partir de 2011 pour aider à la réalisation de l'état des lieux, première échéance de la Directive Cadre sur l'Eau. Ces travaux ont nécessité la création de cinq nouveaux sous-modèles hydrogéologiques du bassin Seine-Normandie et leur couplage avec le modèle agronomique STICS. Les principaux résultats obtenus ont permis : d'évaluer l'état actuel de la contamination nitrique des masses d'eau en complément des suivis ponctuels du Réseau de Contrôle de Surveillance (RCS) et de Contrôle Opérationnel (RCO), de valider la représentativité du RCS et RCO en comparant, pour chaque masse d'eau, les indications de contamination données par les stations surveillées et les résultats de la simulation, de confirmer les objectifs de bon état aux échéances 2015/2021/2027 ou de la nécessaire évolution à apporter à ces mêmes objectifs. Un des points forts de la modélisation est en effet de pouvoir prolonger les simulations dans le futur à court et moyen terme, à pressions constantes ou avec un scénario prédéfini afin d'estimer l'évolution de la pollution nitrique des différentes masses d'eau et de valider la pertinence des objectifs fixés. A partir de 2013, afin de pouvoir s'appuyer sur ces modèles dans le cadre de la préparation du SDAGE et de l'élaboration du programme de mesures 2016/2021 de l'Agence de l'Eau Seine-Normandie, il a été proposé d'intégrer dans la chaîne de modélisation les toutes dernière avancées scientifiques réalisées principalement au niveau du modèle agronomique STICS (nouvelle version logicielle et intégration du module de transfert des phytosanitaires développés dans le cadre du PIREN-Seine) et des bases de données associées (pratiques agricoles et sols). C'est le sujet de la communication présentée lors de ce colloque. L'objectif poursuivi est, à la fois, de reconstituer de façon spatio-temporelle l'évolution des concentrations en nitrates mesurées aux ouvrages dans l'ensemble des formations aquifères modélisées et de prévoir, via la simulation de scénarios tendanciels, les grandes évolutions des concentrations attendues à moyen terme, à partir des niveaux actuels reconstitués et de la reproduction de leurs dynamiques de mise en place. Cette actualisation de la plate-forme de modélisation s'est décomposée en plusieurs étapes principales, dont : (i) L'implémentation au modèle agronomique (version 8.3-octobre 2014) d'une structure informatique permettant de le déployer à l'échelle du bassin (spatialisation) et de prendre en compte la variabilité spatio-temporelle des forçages météorologiques, des systèmes de cultures et des différentes catégories et types de sol. Cette nouvelle procédure, entièrement externalisée au code source du modèle permettra, à l'avenir, de suivre les évolutions de STICS au fur et à mesure de leurs publications, (ii) l'utilisation des travaux de description spatialisée des systèmes de culture sur le bassin (BDD ARSeiNe, INRA-SAD Aster), également mis à jour sur la période 2006-2011. L'avancée en parallèle de cette étude avec ceux de la modélisation a permis d'optimiser le mode d'utilisation des informations mobilisables pour le modèle agronomique, (iii) la réacutalisation, entre autres des classes de pédotransfert (INRA-Infosol) utilisées pour l'estimation des stocks d'azote organique via les données de mesures du RMQS (Réseau de Mesure de la Qualité des Sols), auxquels la lixiviation de l'azote s'avère particulièrement sensible, (iv) l'élaboration, en étroite collaboration avec l'INRA-AgroImpact, d'un protocole d'expertise détaillé des sorties de STICS afin d'en évaluer la fiabilité macro-régionale. Cette procédure a principalement visé, selon une méthode itérative, à décrire la variabilité spatio-temporelle d'indicateurs agronomiques, à étudier la cohérence entre entrées et sorties du modèle ainsi qu'à vérifier l'existence de relations robustes entre variables. L'obtention de ces résultats a entrainé une nouvelle phase de calage hydrodynamique de l'ensemble des modèles couvrant le bassin Seine-Normandie (au nombre de 7) via des chroniques de mesures recensées sur près de 1000 ouvrages. Les résultats obtenus permettront de mettre à jour les fiches synthétiques compilées à la masse d'eau (cycle DCE 2016-2021). Les simulations tendancielles sont effectuées en utilisant les données météorologiques du modèle de circulation générale Aladin-Climat (CNRM). Elles sont associées à un ensemble de nouveaux profils représentatifs d'évolution de concentration de gaz à effets de serre définis dans le cadre du 5ème rapport du GIEC. Les données associées au profil intermédiaire défini ([CO2]éq-co2 vers 2100 de 800 ppm, scénario RCP 4.5) ont été retenues pour les simulations réalisées dans le cadre de ces travaux. Outre la simulation de scénarios déjà mis en oeuvre sur la période 2014-2030 lors des précédentes applications de la chaîne (maintien des pratiques actuelles, réduction globale de -20% des intrants azotés, scénario "témoin" à zéro intrants azotés), il a été proposé d'évaluer l'impact du programme de mesures proposé par l'AESN sur les modifications de pratiques localisées sur le bassin. Celui-ci comporte deux aspects régionalisés : (i) au niveau des zones vulnérables (définies par les décrets d'application de la directive Nitrates) visant notamment la couverture des sols avant les cultures de printemps (=mise en place de CIPAN), (ii) au sein des AAC prioritaires du bassin : réduction de 20 % de la fertilisation sur 20 % de la SAU et remise en herbe de 1% de la SAU. Tous ces travaux ont nécessité et nécessite encore une grande collaboration multidisciplinaire entre les modélisateurs des hydrosystèmes (MINES ParisTech / ARMINES) et les différentes spécialités des unités de recherches impliquées de l'Institut National de la Recherche Agronomique (INRA SAD UR ASTER / Unité AgroImpact / Unité InfoSol).
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https://hal.inrae.fr/hal-02743444
Contributor : Migration Prodinra <>
Submitted on : Wednesday, June 3, 2020 - 5:58:07 AM
Last modification on : Thursday, April 1, 2021 - 3:36:08 AM
Long-term archiving on: : Friday, December 4, 2020 - 5:14:03 PM

File

2015_SCHOTT-MIGNOLET_PIREN-Sei...
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  • HAL Id : hal-02743444, version 1
  • PRODINRA : 306526

Citation

Nicolas Gallois, Thomas Puech, Pascal Viennot, Céline Schott, Catherine Mignolet, et al.. Modélisation des transferts de contaminants nitriques vers les aquifères du bassin Seine-Normandie : Agricultures, Modèles, Flux. Colloque 2015 du PIREN-Seine, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC). FRA., 2015, Paris, France. 74 p. ⟨hal-02743444⟩

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