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Partenariat 2012 Ŕ Domaine Savoirs Ŕ Action 5 Recharge artificielle des eaux so

Partenariat 2012 Ŕ Domaine Savoirs Ŕ Action 5 Recharge artificielle des eaux souterraines : état de l’art et perspectives Rapport final J. Casanova, M. Cagnimel, N. Devau, M. Pettenati, P. Stollsteiner (BRGM) Septembre 2013 Document élaboré dans le cadre de : Appui aux politiques publiques  AUTEURS Joel CASANOVA, ingénieur (BRGM), J.casanova@brgm.fr Marion CAGNIMEL, stage de fin d’études ENSG-Nancy Nicolas DEVAU, ingénieur (BRGM), n.devau@brgm.fr Marie PETTENATI, ingénieur (BRGM), m.pettenati@brgm.fr Philippe STOLLSTEINER, ingénieur (BRGM), p.stollsteiner@brgm.fr  CORRESPONDANTS Onema : Bénédicte AUGEARD, Bénédicte.Augeard@onema.fr MEDDE/DEB : Sarah BONNEVILLE, bureau des eaux souterraines et de la ressource en eau, sarah.bonneville@developpement-durable.gouv.fr Partenaire : Laurence GOURCY, correspondante Onema (BRGM), l.gourcy@brgm.fr Droits d’usage : Accès libre Niveau géographique : National Couverture géographique : Métropole Citations locales : Masses d’eau souterraines Niveau de lecture : Professionnels, experts Recharge artificielle des eaux souterraines: état de l’art et perspectives Rapport final Casanova et al. 3 / 227  RESUME La recharge artificielle des nappes est une pratique qui vise à augmenter les volumes d’eau souterraine disponibles en favorisant, par des moyens artificiels, son infiltration jusqu’à l’aquifère ; elle fait partie, avec l’utilisation de l’eau de pluie, des eaux usées retraitées et du dessalement de l’eau de mer, des ressources en eau non conventionnelles les plus souvent citées participant à une gestion de l’eau optimisée. La recharge artificielle est une des mesures qui peut être mise en œuvre pour sécuriser l’approvisionnement en eau, compenser certains effets du changement climatique et plus généralement aménager la pression quantitative et qualitative sur les masses d’eau souterraine. Elle ne doit pas remplacer une gestion basée sur la réduction des prélèvements et l’adaptation de ceux-ci à la disponibilité de la ressource. Ce rapport présente une synthèse des connaissances sur le sujet (typologie des dispositifs de recharge artificielle, contraintes hydrogéologiques et réglementaires, risques sanitaires et environnementaux) et propose des préconisations concernant le choix des sites, la faisabilité technique et les moyens de surveillance à mettre en œuvre. Des exemples de dispositifs de recharge artificielle en France et à l'étranger sont présentés en annexe.  MOTS-CLES : RECHARGE ARTIFICIELLE, EAUX SOUTERRAINES, FRANCE  SYNTHESE La recharge artificielle des nappes est une pratique qui vise à augmenter les volumes d’eau souterraine disponibles en favorisant, par des moyens artificiels, son infiltration jusqu’à l’aquifère ; elle est une des mesures qui peut être mise en œuvre pour sécuriser l’approvisionnement en eau, compenser certains effets du changement climatique et plus généralement aménager la pression quantitative et qualitative sur les masses d’eau souterraine. Elle ne doit, toutefois, pas remplacer une gestion basée sur la réduction des prélèvements et l’adaptation de ceux-ci à la disponibilité de la ressource. Ce rapport présente une synthèse des connaissances sur le sujet : typologie des dispositifs de recharge artificielle par objectif, par origine de l'eau ou par technique de recharge, contraintes hydrogéologiques et réglementaires, risques sanitaires et environnementaux. Il propose des préconisations concernant le choix des sites, la faisabilité technique et les moyens de surveillance à mettre en œuvre. Il s'appuie en partie sur une analyse des sites recensés en France et à l'étranger présentés en annexe. Le recensement de sites de recharge artificielle, qui vient actualiser un rapport du BRGM de 2008, permet de dénombrer 75 dispositifs sur le territoire national. L’état actuel de 48 d’entre eux est connu avec certitude, sans certitude pour 8 autres et enfin, l’état de 19 sites n’a pas pu être identifié. Deux tiers des sites dont l'état est connu sont situées dans les régions Nord-Pas-de-Calais, Midi-Pyrénées et PACA et seule une vingtaine d’entre eux sont encore en activité aujourd’hui. Les abandons sont souvent dus au fait que les communes trouvent une autre source d’eau pour leur alimentation en eau potable. Dans certains cas le recours à la recharge artificielle n’était plus utile ou bien la qualité de l’eau de recharge ne permettait plus au système de fonctionner correctement. Suite à cet inventaire, une sélection d’une douzaine de sites a permis d’illustrer cette diversité sous forme de fiches détaillées (annexe). Objectifs de la recharge artificielle Dans la majorité des cas recensés en France, le but premier de la recharge artificielle est le soutien à une nappe souterraine surexploitée ; le deuxième objectif poursuivi est l’amélioration de la qualité des nappes avec une baisse significative des concentrations en certains éléments chimiques par dilution (i.e. nitrate, pesticides), permettant ainsi la mise en œuvre de traitements de potabilisation finaux plus simples et plus économiques. En parallèle, la contamination des eaux infiltrées est réduite naturellement si le procédé de recharge mis en œuvre intègre l’identification de zones réactives et/ou de zones tampons ainsi que des zones favorables au développement des microorganismes. En effet, les minéraux argileux, les hydroxydes de fer et de manganèse ainsi que les micro- organismes présents dans ces différentes zones ont des capacités importantes de contribuer à la décontamination (i.e. biodégradation des composés organiques, etc.) et de fixer les polluants métalliques et métalloïdes. Cette géo-épuration est utilisée dans beaucoup de pays pour parfaire le traitement d'eau usée traitée et s'en servir comme eau de recharge. Recharge artificielle des eaux souterraines: état de l’art et perspectives Rapport final Casanova et al. 5 / 227 Eaux utilisées pour la recharge artificielle Le première critère fondamental concernant la faisabilité d’un projet de recharge artificielle est la disponibilité de l’eau de recharge à proximité du site d’injection afin d’assurer un apport régulier et limiter des coûts potentiels de transport. Un aquifère peut ainsi être réalimenté à partir de plusieurs types d’eau. On distingue en général deux types d'eau utilisés pour la recharge : les eaux de surface issues de cours d'eau et les eaux usées traitées. En raison de leur disponibilité, les eaux de surface issues de cours d’eau sont généralement utilisées si l’objectif de la recharge artificielle est principalement quantitatif. Il est toutefois difficile d’utiliser ce type d’eau en période déficitaire sans dégrader le débit du réseau hydrographique. L’analyse des différents dispositifs de recharge artificielle actuellement en activité en France montre que la quasi-totalité de ces dispositifs emploient des eaux de surface notamment en raison de la disponibilité de cette ressource. En effet, les eaux de surface sont abondantes dans les pays tempérés dans lesquels les précipitations compensent correctement les pertes par évapotranspiration et la décharge en mer. Cette prédominance des eaux de surface peut également être expliquée par trois autres raisons. Premièrement, ces eaux ont une qualité chimique et microbiologique correcte même en absence de prétraitement, ce qui permet de les utiliser pour des objectifs quantitatifs et/ou qualitatifs. Deuxièmement, les eaux de surface peuvent être employées dans le cadre de différents dispositifs de recharges artificielles existantes allant des techniques d’infiltration ou d’injection indirecte jusqu’aux techniques d’injection directe. Troisièmement, le cadre législatif permettant l’utilisation des eaux de surface au sein de dispositifs de recharge est déjà établi. Le deuxième type d'eau utilisé pour la recharge artificielle est l'eau usée traitée (actuellement interdite en France). Les enjeux diffèrent de ceux de la recharge artificielle par eau de surface. A l'échelle mondiale, les pressions exercées sur les ressources en eaux sont appelées à s'intensifier. Ces pressions viennent notamment de l'accroissement démographique associé à la concentration de la population dans les zones urbaines, en particulier en zone littorale, et induisent une dégradation qualitative et quantitative des nappes d'eau, plus marquée sur le littoral où cela se traduit notamment par l'intrusion progressive d'eau de mer. Les efforts considérables de mobilisation des ressources en eau atteignant à plus ou moins long terme leurs limites tant physiques qu'économiques, les efforts à mener au cours des prochaines décennies doivent se focaliser sur une gestion plus efficace de la ressource, assurant à la fois sa protection et l'optimisation de son exploitation. Dans ce contexte, la recharge artificielle des nappes d'eaux souterraines par infiltration d'eaux usées traitées peut être envisagée comme l’une des solutions visant à recycler l'eau dans son milieu tout en permettant, par exemple, de soutenir les nappes surexploitées, de lutter contre l'invasion saline des nappes littorales ou de stocker l'eau, sans perte par évaporation comme dans un réservoir à l'air libre, pour la rendre disponible pendant les périodes de fortes demandes. A ce titre, les eaux usées traitées constituent une ressource alternative disponible tout au long de l'année et plus particulièrement en période d'étiage, au moment où les ressources conventionnelles sont fortement sollicitées voire indisponibles. Elle prend un intérêt particulier lorsque la ressource naturelle est rare, notamment en zone littorale et en milieux insulaires. De plus, l'infiltration à travers une zone non saturée d'eaux usées traitées pour recharger Recharge artificielle des eaux souterraines : Etat de l’art et perspectives Rapport final Casanova et al. 6 / 227 une nappe, bénéficie des capacités épuratoires du sous-sol dans lequel des processus se produisent naturellement permettant la dégradation ou la filtration d'un certain nombre de polluants de l'eau. Dispositifs de recharge Les méthodes d’infiltration consistent à faciliter l’infiltration de l’eau jusqu’à la nappe dans des bassins, tout en améliorant la qualité de l’eau de recharge grâce aux capacités géo- épuratrices du sol et de la zone non saturée de l’aquifère. Elles sont généralement utilisées pour uploads/Geographie/ rp-61821-fr.pdf