Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Avec l'entrée en vigueur de l'ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) en 1998, l'instrument de l'aire d'alimentation Zu a été introduit dans la protection des eaux souterraines au niveau de l'aménagement du territoire. Celui-ci englobe la partie du bassin versant d’un captage d’eau souterraine dans laquelle 90% de l’eau souterraine est constituée d’eaux de pluie et d’eaux fluviales s’infiltrant dans le sol. En cas de pollution des eaux souterraines par des substances mobiles et difficilement dégradables provenant de sources diffuses, telles que les nitrates, les PFAS ou les produits de dégradation des produits phytosanitaires (PPh), cela correspond à la zone d’où provient la majeure partie de la pollution. Des mesures prises dans l'aire d’alimentation Zu permettent d’assainir, voire d’empêcher la pollution. Au cours des 28 dernières années, malgré une contamination généralisée par des substances mobiles et difficilement dégradables, seules quelques captages d’eau souterraine ont à ce jour fait l’objet d’une délimitation d'aires d'alimentation Zu. La révision de la loi sur la protection des eaux, qui met en œuvre la motion 20.3625 «Définir les aires d'alimentation des zones de captage pour protéger efficacement l'eau potable», vise à changer cette situation: Conformément à la réglementation prévue, les cantons devraient délimiter l'aire d’alimentation Zu pour les captages d’eau souterraine les plus importants et les plus menacés. L’OFEV estime à environ 1500 le nombre d'aires d’alimentation nécessaires. Afin que les cantons et les bureaux spécialisés puissent relever ce défi avec les ressources disponibles, une approche par étapes s’impose.
Il convient d’examiner au cas par cas si un niveau plus exigeant de l'aire d’alimentation Zu, avec la réduction de superficie qui en découle, est proportionné, c’est-à -dire s’il est nécessaire de consacrer les efforts requis pour un dimensionnement très précis de l'aire d’alimentation. À cet égard, il convient de prendre en compte les besoins concrets d’intervention (par exemple, les pollutions des eaux souterraines existantes et donc les besoins d’assainissement), les restrictions d’utilisation prévisibles (notamment la présence de terres arables et de cultures spécialisées) ainsi que l’effort nécessaire à l’élaboration de l’étape suivante pour la détermination de l'aire d’alimentation Zu.
À la demande de l’OFEV, la Plateforme Protection des eaux souterraines a élaboré un document de base sur la procédure par étapes pour le calcul des aires d’alimentation Zu. La Plateforme a développé le contenu technique en collaboration avec d’autres experts. Le présent article spécialisé présente une sélection de contenus tirés de ce document de base. La procédure d’examen de la proportionnalité ne fait pas partie du document de base.
Le calcul de l'aire d’alimentation Zu repose en principe sur deux piliers: la délimitation spatiale du système (d’où provient l’eau souterraine qui alimente le captage?) et l’analyse des processus d’alimentation (quelle part de l’eau souterraine alimentant le captage provient respectivement des précipitations, des eaux de surface ou des zones périphériques?) au sein de cette délimitation du système. Ces informations sont intégrées, à l’aide de l’expertise des spécialistes, dans un modèle conceptuel hydrogéologique. Celui-ci représente schématiquement la délimitation du système ainsi que tous les processus pertinents et sert de base de travail pour la suite du traitement par étapes.
Lors de l’élaboration de modèles hydrogéologiques – du modèle conceptuel hydrogéologique à la modélisation numérique –, le choix du niveau de précision approprié constitue la première étape. L’objectif est de créer, sur la base des données disponibles, un modèle aussi pertinent que possible, présentant un rapport équilibré entre le réalisme et la simplification nécessaire. Le principe directeur pour la détermination de l'aire d'alimentation Zu est le suivant: L’approche de modélisation doit être adaptée à la problématique et aussi simple que possible. Elle ne doit toutefois pas être trop simpliste, car l'aire d’alimentation Zu risquerait sinon d’être nettement trop grande ou trop petite, ou d’englober des surfaces erronées. À cet effet, la démarche par étapes offre un cadre méthodologique en augmentant progressivement la précision de l'aire d’alimentation Zu (fig. 1).
La délimitation du système englobe l’ensemble de la zone à partir de laquelle l’eau peut parvenir au captage d’eau souterraine. Cela inclut toutes les zones dans lesquelles les précipitations s’infiltrent directement dans l’aquifère exploité, où l’eau des cours d’eau s’infiltre dans l’aquifère exploité, ainsi que les zones périphériques à partir desquelles l’eau de pluie infiltrée peut également atteindre l’aquifère exploité (par exemple, les versants adjacents à l’aquifère). La délimitation du système peut être définie sur la base de trois critères principaux:
Délimitation à partir des lignes de partage des eaux de surface (bassin versant de surface). Cela suffit souvent pour les aquifères de petite taille, à condition qu’il n’y ait pas de déviations souterraines complexes telles que des structures géologiques ou des affluents périphériques.
Identification des transitions entre des unités géologiques présentant une perméabilité du sous-sol nettement différente. Par exemple, des failles ou des limites de couches géologiques peuvent agir comme des barrières naturelles.
Délimitation sur la base de conditions d’écoulement stables dans le sous-sol. Une rivière peut par exemple agir comme une barrière à l’écoulement des eaux souterraines lorsque le niveau de la rivière est inférieur au niveau des eaux souterraines (exfiltration des eaux souterraines vers le cours d’eau). Une rivière peut toutefois également servir de source d’alimentation pour les eaux souterraines lorsque le niveau de la rivière est supérieur à celui de la nappe phréatique (infiltration de l’eau de la rivière dans l’aquifère).
En règle générale, différents processus d’alimentation contribuent à la recharge des eaux souterraines. L’origine de l’eau d’un captage souterrain peut être classée, de manière générale, en trois «types d’origine» distincts:
Le triangle des processus (fig. 2) est utilisé pour classer l’origine de l’eau. Il permet de classer systématiquement l’origine de l’eau captée. Le classement d’un captage d’eau souterraine au sein du triangle des processus (fig. 2) constitue une étape importante dans cette approche par étapes, car les différents processus d’alimentation ont des répercussions variables sur la taille et la localisation de l'aire d’alimentation Zu.
Plus l'estimation de l'origine de l'eau est incertaine, plus la fourchette des processus d'alimentation possibles est large (barres bleues dans fig. 2). Cela se traduit généralement par une surface plus étendue dans le triangle des processus (zone orange dans fig. 2). Une base de données plus précise et des analyses approfondies permettent de réduire cette surface. Dans le cas théorique idéal, la surface se réduit à un point (en supposant qu’il n’y ait plus d’incertitudes). Des études ciblées permettent de réduire progressivement cette surface.
La démarche s’articule en trois étapes successives, qui permettent une étude par étapes. En principe, le résultat de chaque étape peut être désigné comme aire d'alimentation Zu, pour autant que cela soit opportun et que des clarifications supplémentaires en vue d'une réduction de la surface soient disproportionnées. Les exigences en matière de précision de l'aire d'alimentation Zu résultent de l’examen de la proportionnalité (voir le chapitre «Introduction et cadre légal»).
L'étape 1 s'attache principalement à répondre à la question suivante: «D'où l'eau pourrait-elle provenir?». L'analyse menée à ce niveau s'appuie sur les données existantes, notamment celles relatives aux conditions géologiques, hydrogéologiques et topographiques, ainsi qu'aux caractéristiques et à l'exploitation du captage d'eau souterraine. À l’aide de ces données, un premier modèle conceptuel hydrogéologique est élaboré. Ce modèle prend en compte différentes variantes quant à l’origine possible de l’eau acheminée vers le captage. Cette zone, appelée «bassin d'alimentation potentiel» (BAPC), englobe toutes les surfaces d’où l’eau pourrait éventuellement parvenir au captage.
Concrètement, cela signifie qu’à l’étape 1, il n’est pas possible de déterminer de manière définitive si l’eau provenant de la zone de la variante conceptuelle 1 ou également de celle de la variante conceptuelle 2 (voir fig. 3, à gauche) parvient jusqu’au captage. Le bassin d'alimentation potentiel de captage correspond donc dans ce cas à l’enveloppe commune des deux variantes.
Le cahier des charges de l'étape 2 est établi sur la base des incertitudes identifiées lors de l'étape 1. Celui-ci précise quelles données supplémentaires sont nécessaires pour déterminer le bassin d'alimentation du captage réel et ainsi délimiter plus précisément l'aire d’alimentation Zu.
Lors du traitement de l’étape 2, la question centrale est: «D’où provient réellement l’eau?». Afin de réduire les incertitudes issues de l’étape 1, d’autres études de terrain sont menées (par exemple, mesures géophysiques, mesures de débit, mesures du niveau des eaux souterraines, prélèvements d’eaux souterraines pour des analyses de qualité, etc.). La base de données est ainsi enrichie de manière ciblée afin de délimiter plus précisément les incertitudes et, par conséquent, la superficie de l'aire d’alimentation Zu.
À l’étape 2, le modèle conceptuel hydrogéologique est affiné et les hypothèses sont validées à l’aide d’un bilan hydrique et d’un bilan des substances. À cette fin, on vérifie si le débit prélevé au point de captage des eaux souterraines (pour les puits de pompage) ou le débit de la source (pour les sources) correspond à la somme des apports d’alimentation à l’intérieur des limites du système, et si la qualité des eaux souterraines est cohérente avec les apports de substances en surface.
Le résultat de l'étape 2 est le bassin d'alimentation du captage (BAC), qui englobe toutes les surfaces contribuant à l'alimentation (fig. 3, au centre). Le cahier des charges relatif à la collecte et/ou à l’analyse supplémentaires de données à l'étape 3 aide à évaluer si une réduction supplémentaire de la superficie de l'aire d’alimentation Zu est proportionnée.
Au sein d’un bassin d’alimentation du captage, toutes les zones ne contribuent pas de la même manière à l’alimentation du captage d’eau souterraine. Lors du traitement de l’étape 3, la question centrale est la suivante: «D’où provient l’eau et en quelle quantité?». Cela est nécessaire pour délimiter la zone d’où proviennent environ 90% des eaux souterraines extraites d’un puits de pompage ou jaillissant d’une source (annexe 4, al. 1, ch. 113, OEaux).
Il s’agit ici de déterminer mathématiquement les superficies qui contribuent le plus à l’alimentation au sein du bassin d'alimentation du captage. Pour ce faire, il faut calculer le taux d’alimentation sur l’ensemble du bassin d'alimentation du captage. Celui-ci résulte de la recharge locale des eaux souterraines ainsi que de l’analyse de l’écoulement des eaux souterraines vers le captage. Concrètement, cela signifie: calculer où et en quelle quantité l’eau pénètre dans l’aquifère et avec quelle probabilité cette eau aboutit finalement dans le puits de pompage ou le captage de source. Plus un lieu est éloigné du puits de pompage ou du captage de source, plus la probabilité de sortie est généralement faible – c’est-à -dire la probabilité que cette eau atteigne le captage d’eau souterraine.
Le résultat de l’étape 3 est la superficie réduite par calcul selon la règle des 90% (voir fig. 3, à droite). En cas de conditions hydrogéologiques complexes, un modèle numérique des eaux souterraines est nécessaire pour l’élaboration de l’étape 3.
Dans le cas des captages de source où toute l’eau de l’aquifère exploité s’écoule, une analyse numérique de la probabilité de sortie n’est généralement pas nécessaire pour l’élaboration de l’étape 3. Dans ces cas, les superficies contribuant le plus sont déterminées exclusivement sur la base des différents taux de recharge des eaux souterraines. On identifie ainsi la zone du bassin d'alimentation du captage qui contribue à environ 90% à l'alimentation du captage de source.
Dans le cas des puits de pompage situés à proximité d’un cours d’eau et et qui captent plus de 90% des eaux d'infiltration provenant du cours d'eau, la qualité des eaux souterraines dépend principalement de la qualité de l’eau du cours d’eau. La superficie réduite mathématiquement selon la règle des 90% se limite dans ce cas au tronçon de cours d’eau à partir duquel l’eau du cours d’eau s’infiltre dans l’aquifère et parvient au captage d’eau souterraine.
Certaines situations hydrogéologiques particulières nécessitent des adaptations méthodologiques de la procédure par étapes:
Dans les aquifères karstiques et fissurés très hétérogènes, tels qu’on les trouve principalement dans le Jura et les Alpes, les eaux souterraines s’écoulent souvent à grande vitesse dans des cavités ou des fissures. Le bassin d'alimentation hydrogéologique peut alors s’écarter considérablement du bassin d'alimentation topographique. Ainsi, même une source de pollution située loin du point de captage peut constituer un danger pour l’eau potable.
Dans ces cas, le bassin d'alimentation du captage doit déjà être connu pour la délimitation des zones de protection des eaux souterraines. Souvent, celles-ci couvrent déjà pratiquement l’ensemble du bassin d'alimentation du captage. Pour les captages d’eau souterraine situés dans des aquifères karstiques et fissurés très hétérogènes, l'aire d’alimentation Zu correspond au bassin d'alimenation du captage. En effet, la réduction mathématique de la superficie au niveau 3 n’est pas applicable dans ces cas.
A l'étape 1, on évalue les éventuelles fluctuations saisonnières du débit des eaux souterraines vers le captage. De plus, les crues et les étiages, ainsi que les conditions d’exploitation, peuvent influencer la direction de l’écoulement. Si des changements significatifs de la direction de l’écoulement ne sont pas pris en compte, l'aire d’alimentation Zu risque d’être sous-estimée ou mal délimitée sur le plan spatial. L’évaluation des conditions d’écoulement nécessite des connaissances spécialisées, fondées sur des séries de mesures et des observations à long terme, afin de saisir la dynamique du système. Lorsque les conditions d’écoulement varient très fortement, une réduction mathématique de la superficie à l'étape 3 n’est souvent pas pertinente.
Les captages d'eau souterraine voisins situés dans la même nappe peuvent s'influencer mutuellement. Si tel est le cas, des analyses régionales à l'aide de modèles sont absolument nécessaires.
L’approche par étapes présentée ici offre une méthode orientée vers la pratique pour déterminer l'aire d’alimentation Zu. Elle tient compte des différences liées aux spécificités régionales, aux données disponibles et aux exigences en matière de délimitation précise de l'aire d’alimentation Zu. Cette démarche par étapes constitue une approche réalisable et efficace, dans laquelle les études nécessaires sont menées par étapes afin de préciser progressivement l'aire d’alimentation Zu et, par là même, d’en réduire la superficie.
Afin de faciliter la mise en œuvre sur le terrain, la Plateforme Protection des eaux souterraines élabore, d’ici mi-2027, en collaboration avec des experts, des exemples types illustrant l’application de cette approche par étapes. Des fiches d’information seront ensuite élaborées afin de clarifier les questions en suspens concernant la mise en œuvre technique et de favoriser l’échange d’expériences entre les acteurs concernés.
Vingt experts issus de l'administration, du secteur privé et de la recherche ont été sollicités pour l'évaluation technique du rapport de base. Par ailleurs, tous les organes de la Plateforme Protection des eaux souterraines ainsi que tous les services cantonaux chargés de la protection des eaux ont été consultés. Nous tenons ici à les remercier chaleureusement pour leurs précieux commentaires et leur excellente collaboration dans le cadre de ce projet.
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