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Université Pierre et Marie Curie, Université Paris-Sud, École des Mines de Paris

& École Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts

DEA Hydrologie, Hydrogéologie, Géostatistique et Géochimie Filière Hydrologie et Hydrogéologie Quantitatives

Evolution spatio-temporelle de la qualité des eaux dans un bassin :

couplage d’une base de données et d’un SIG. Cas du bassin de la

Seine (1971-2002)

Arslan ZIANI CHERIF

Directeur de recherche : M. Michel MEYBECK

UMR SYSIPHE

29 septembre 2004

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Remerciements.

Ce présent travail a été réalisé au laboratoire de l’UMR Sisyphe à Jussieu, Paris VI. Je souhaiterais adresser mes remerciements à mon maître de stage M. Meybeck.M, qui a accepté de m’encadrer et de me guider tout au long de ce travail. Sa compréhension et sa grande gentillesse m’ont beaucoup aidé à réaliser ce projet. Mes remerciements s’adressent aussi à tous les membres du jury : Mr. De Marsily G., Mr. Mr Ripstein P. et Mr. Bendjoudi H. Je remercie également à toute l’équipe de L’UMR Sisyphe pour son aide et son soutien, plus particulièrement à Sylvain THIERRY, Claire PONTEVES. Enfin, je tiens à remercier tous ceux qui au cours de ce travail, m’ont encouragé et témoigné leur sympathie.

Arslan ZIANI-CHERIF

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Evolution spatio-temporelle de la qualité des eaux dans un bassin : couplage d’une base de données et d’un SIG. Cas du bassin de la Seine (1971-2002)

Avant propos : Ce travail a été effectué au laboratoire du Sisyphe à l’Université de Pierre et Marie Curie (Paris VI). Le sujet m’a été proposé et a été encadré par Monsieur, Michel MEYBECK. Au départ l’intitulé du stage était : La distribution spatio-temporelle des ions majeurs dans le bassin versant de la Seine. Au fur et à mesure que le stage avançait, on s’est rendu compte tout d’abord que beaucoup de stations n’étaient pas documentées, mais aussi, d’un manque de données concernant nombre de variables sur la période sélectionnées (1971-2002). Ce manque d’information nous a conduit à reconsidérer la nature des ces variables, et de généraliser cette étude à d’autres variables que ceux de la minéralisation (ions majeurs), telles que les nutriments, les formes de carbone, l’eutrophisation et les paramètre physico-chimiques. C’est pour ces raisons que l’intitulé du stage a dû être changé. On a utilisé le SIG (Arcview) comme outil de formulation de la distribution spatio-temporelle, afin de développer des approches méthodiques.

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Liste des tableaux

Tab.1 : Variables téléchargées…………………………………………………………………….3 Tab.2 : Variables retenues………………………………………………………………………...3 Tab.3 : Classement des stations de qualité de l’eau………………………………………………4 Tab.4 : Etat de la banque de données RNB (1971 - 2002) : nombre de données disponibles pour

chaque variables de qualité des eaux (classification basée sur la population des données en MES)……………………………………………………………………...fin de rapport.

Tab.5 : Quantiles calculés pour les variables des stations de 1ère et 2ème classes………………….6 Tab.6 : Quantiles calculés pour les variables des stations de 3ème classe…………………………7 Tab.7, 8, 9 : Quantiles calculés pour les stations de 1ère et 2ème classes…………………………..8 Tab.10, 11 : Distribution temporelle des valeurs des médianes (C50%) des NO3, NH4, et CHLA

aux stations de 1ère et 2ème classes………………………………………………………..10 Tab.12 : Distribution temporelle des valeurs des médianes (C50%) des NO3, NH4, et CHLA aux

stations de 1ère et 2ème classes…………………………………………………………….11 Tab.13 : Couches SIG. Vue générale……………………………………………………………20 Tab.14 : Effectif des variables dans la base de données. Exemple pour chaque classe de

stations……………………………………………………………………………….21, 22. Tab.15 : Couches SIG. Vue variables…………………………………………………………...20 Tab.16 : Base de données de la couche NO3_50_86-90………………………………………....29 Tab.17 : Base de données de la couche NO3_50_91-95…………………………………………29 Tab.18 : Base de données de la couche NO3_50_96-00………………………………………....29 Tab.19 : Code des classes de la qualité de l'eau et des classes Piren-Seine……………………..31 Tab.20 : Code des classes SEQ-Eau et Piren-Seine……………………………………………..33

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Liste des figures

Fig.1 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les NO3 pour les stations de 1er ordre……………………………………………….12 Fig.2 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les NO3 pour les stations de 2ème ordre……………………………………………..12 Fig.3 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les NH4 pour les stations de 1er ordre……………………………………………….13 Fig.4 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les NH4 pour les stations de 2ème ordre……………………………………………..13 Fig.5 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les CHLA pour les stations de 1er ordre………………………………………….…14 Fig.6 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00

pour les CHLA pour les stations de 2ème ordre……………………………………….…..14 Fig.7 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00 à

la station de Poses………………………………………………………………………16 Fig.8 : Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5ans, normalisées à la période 96/00 à

la station de Poses………………………………………………………………………17 Fig.9 : Stations des données en MES supérieurs à 300 dans le bassin versant de la Seine……23 Fig.10 : Stations des données en MES comprises entre 200 et 300 dans le bassin versant de la

Seine……………………………………………………………………………………...24 Fig.11 : Stations des données en MES comprises entre 100 et 200 dans le bassin versant de la

Seine………………………………………………………………………………..…….25 Fig.12 : Stations des données en MES comprises entre 50 et 100 dans le bassin versant de la

Seine…………………………………………………………………………………..….26 Fig.13 : Stations des données en MES inférieures à 50 dans le bassin versant de la

Seine……………………………………………………………………………..……….27 Fig.14 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_76-80………………………..…34 Fig.15 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_81-85………………………..…35 Fig.16 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_86-90…………………………..35 Fig.17 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_91-95…………………………..36 Fig.18 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_96-00…………………………..36 Fig.19 : Distribution spatiale des NO3_50_altération _nitrates_01-02………………………..…37

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Sommaire Avant Propos. I- Introduction…………………………………………………………………………………..…1 I.1- Origine des données……………………………………………………………………….2 I.2- Traitement et classement des données………………………………….. ………………..4 I.3- Système d’évaluation de la qualité des eaux (SEQ-Eau) et grille de dégradation du bruit de

fond naturel du bassin…………………………………………………………………..4 Conclusion……………………………………………………………………………………...….5 II- Evolution temporelle de la qualité des eaux……………………………………………………6 II.1- Classification des quantiles……………………………………………………………..6 II.2- Nature des quantiles calculés……………………………………………………………6 II.3- Normalisation des quantiles……………………………………………………………..7 II.4- Distribution temporelle des variables…………………………………………………....9 II.4.1- Tableaux………………………………………………………………………... 9 II.4.2- Graphiques……………………………………………………………………..12

a- Evolution temporelle de variables aux stations de 1ère et 2ème classes...........12 Evolution temporelle des NO3 aux stations de 1ère et 2ème classes………….12 Evolution temporelle de NH4 aux stations de 1ère et 2ème classes…………..13 Evolution temporelle des CHLA aux stations de 1ère et 2ème classes……….14 Interprétation……………………………………………………………..…15

b- Evolution temporelle de toutes les variables par station …………………...16 Interprétation………………………………………………………………..17

Conclusion…………………………………………………………………………………….….18 III- Système d’information géographique (SIG)……………………………………………...…19

III.1- Introduction……………………………………………………………………………19 III.2- Elaboration du SIG et de la base de données………………………..………………..19

III.2.1- Vue générale…………………………………………………………………19 III.2.3- Vues variables………………………………………………………………..27

III.3- Code des classes des systèmes d’évaluation de la qualité des eaux (SEQ-Eau) et de la

grille de dégradation du bruit de fond naturel du bassin………………………….….30 III.4- Evolution de la contamination nitrique : distribution spatiale des NO3 par période de cinq

ans, sur le bassin versant de la Seine...………………………………………...34 Conclusion………………………………………………………………………………………..37 Conclusion Générale……………………………………………………………………………..38 Glossaire

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I- Introduction.

Le bassin hydrographique de la Seine ne correspond pas à une unité structurale du point de vue de la géologie puisqu’il ne s’étend pas seulement sur le Bassin Parisien dont il n’occupe du reste qu’une partie, mais également sur un massif ancien, le Morvan. Cette région, en bordure du bassin de Paris est constituée de terrains primaires dont la nature peut-être rattachée à celle du socle. Le bassin Parisien est un bassin sédimentaire qu’une lente subsidence a comblé progressivement de plusieurs milliers de mètres de sédiments pendant les ères secondaires et tertiaires, donnant l’image classique d’un bassin sédimentaire de plate-forme. De la fin du Paléozoïque jusqu’au Tertiaire, des séries plus ou moins étendues et régulières de couches alternativement tendres et résistantes se sont cumulées. La Seine et ses affluents coulent donc sur des terrains lithologiquement variés. Cette diversité entraîne des conséquences sur le réseau hydrographique. Celui-ci est bien développé sur les terrains imperméables (roches magmatiques, métamorphiques, argileuses et argilo-sableuses (Morvan, Argonne…) et sur les terrains perméables recouvert d’argiles résiduelles (par exemple sur des calcaires (Brie) ou sur des Sables (Hurepoix). Par contre, les cours d’eau superficiels sont quasiment absents sur des terrains perméables en grand (roches calcaires et sableuses (Champagne, Valois…)). Les ions majeurs (Ca2+, Mg2+, Na+, K+ pour les cations, Cl-, SO4

2- et HCO3- pour les anions)

correspondent à environ 99% des ions rencontrés dans les eaux de surface non contaminées. Ce sont les variables de qualités des eaux mesurées le plus fréquemment depuis 1971. A certaines stations on dispose même d’un suivit depuis le début du siècle. Ils proviennent des apports atmosphériques, en particulier d’aérosols d’origine marine, mais surtout de l’altération chimique des roches superficielles. À ces origines naturelles s’ajoutent des apports anthropiques d’origine diffuse – pollution atmosphérique, apports d’engrais, ruissellement sur les chaussées – ou ponctuelles – rejets miniers, industriels et domestiques. Dans les milieux aquatiques non influencés par les activités humaines, les concentration naturelles des ions majeurs peuvent être extrêmement variées et leur gamme s’étend sur deux ou trois ordres de grandeurs selon le type de roche du bassin, et donc des minéraux rencontrés par les eaux superficielles et souterraines, et suivant le climat. En l’absence de toute influence humaine, les eaux les moins concentrées se rencontrent sur des substrats très peu solubles comme les sables quartzeux, les granites et les gneiss, à condition d’être assez loin, plus de 200 km, des côtes marines. Les eaux non polluées les plus concentrées sont liées aux roches sédimentaires les plus solubles (sel gemme, gypse) ou les plus facilement altérables (calcaires et dolomies, schistes pyriteux) à l’évaporation intense rencontrée dans les climats arides, aux franges côtières, et aux combinaisons de ces situations. Le bassin de la Seine est caractérisé par la dominance des affleurements des roches sédimentaires (97.5 %) par rapport aux roches cristallines, celles-ci n’étant rencontré que dans le Morvan. Les roches carbonatées – craie, calcaire et marne- sont largement dominantes (78.2 % du bassin), devant les argiles (10 %) et les grés (7.6 %), et les marnes gypseuse (1.2 %). Ces proportions sont essentiellement les mêmes pour l’Oise, la Marne et la Seine en amont de Paris.

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Les concentrations des éléments majeurs et des nutriments dans les eaux vierges de pollution ont principalement deux origines : . L’altération des roches drainées dans le bassin versant. . Les retombées atmosphériques humides et sèches d’origine océaniques ou continentales dont

les concentrations résultantes dans les eaux de surface sont modifiées par l’évapotranspiration qui dépend de la nature du couvert végétal.

Des processus physico-chimiques ou biologiques peuvent ensuite modifier ces teneurs dans le cours d’eau lui-même sur le bassin de la Seine. (Thibert, 1994) Le bassin de la Seine représente une superficie de 76370.07 km², et comporte à peu prés 1719 stations de surveillance de la qualité de l’eau. L’analyse de la qualité de l’eau se fait mensuellement dans la grande majorité de ces stations, sauf à POSES où la surveillance est à la fois plus fréquente et de plus longue durée. Le choix des variables retenues pour cette étude s’est porté sur leur nature : - La minéralisation pour les ions majeurs ; - La salinisation pour les chlorures ; - L’eutrophisation pour la chlorophylle A ; - La pollution nitrique pour les NO3 ; - La pollution domestique pour les NH4 et les PO4. - les paramètres physico-chimiques pour la matière en suspension (MES). Les variables retenues ont été transformées en quantiles, afin de représenter leur évolution dans le temps par une évolution normalisée, et dans l’espace grâce au système d’information géographique (SIG). Les différents diminutifs utilisés dans l’élaboration de la base de donnée du SIG ainsi que dans la rédaction du rapport sont reportés sur un glossaire en dernière page de ce rapport. I.1- Origine des données :

Cette étude des variables de la qualité des eaux dans le bassin versant de la Seine, a été faite sur la période allant de 1971 à 2002. 149 stations dans le bassin versant de la Seine ont été retenues. Le choix de ces stations a été fait sur la base de l’existence ou pas d’une base de données par station. Les données concernant les différentes variables de l’étude ont été obtenues à partir du site : www.eau-seine-normandie.com. Ces données ont été sélectionnées, traitées et classées. Les variables téléchargées lors de cette étude correspondant à chacune des stations retenue sont les suivantes (Tableau n°1) :

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Variables UnitésCarbone organique mg/kgChlorophylle A µg/lCarbone organique dissous mg/l Conductivité 20°c µS/cm à 20°CCalcium mg/KgBicarbonates mg/l potassium mg/l Magnésium mg/l Amoniaque mg/l Nitrates mg/l Sodium mg/l Orthophosphates mg/l Phosphore totale Mg/kgPhéopigments µg/lQinst m³/sQMj m³/sSulfates mg/l Silice mg/l Zinc mg/KgSilicates mg/l Matiére organique volatile mg/l Carbonates mg/l Chlorures mg/l MES mg/l

Tableau n°1 : Variables téléchargées

Les variables retenues lors de cette étude sont les suivantes (Tableau n°2) :

Variables UnitésChlorophylle A µg/lCarbone organique dissous mg/l Conductivité 20°c µS/cm à 20°CCalcium mg/KgBicarbonates mg/l potassium mg/l Amoniaque mg/l Nitrates mg/l Orthophosphates mg/l Qinst m³/sSilice mg/l Chlorures mg/l MES mg/l

Tableau n°2 : Variables retenues

I.2- Traitement et classement des données :

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Après obtention des données dans leur état brut, elles ont été traitées et classées. Le nombre de données pour chaque variable retenue a été calculé, et ce-ci sur toute la période de l’étude (1971-2002). La classification des stations s’est faite en fonction du nombre de MES par station. Cette classification a permis d’obtenir 5 ordres de classements. Le tableau n°3, représente le classement des stations de qualité des eaux :

Ordre nbr stations nbr mesures MES

1 6 Mes < 300 2 8 300 > MES > 200 3 44 200 > MES > 100 4 39 100 > MES > 50 5 52 MES < 50

Tableau n°3 : classement des stations de qualité des eaux. Le choix de la classification c’est porté sur la matière en suspension (MES), du fait de la présence de ses analyses dans la majorité des stations, mais aussi parcequ’elle présente l’une des variables où le nombre d’analyse est le plus élevé. Le tableau n°4 en fin du rapport représente l’état de la banque de données RNB (1971 – 2002) : nombre de données disponibles pour chaque variables de qualité des eaux (classification basées sur la population des données en MES). I.3- Système d’évaluation de la qualité des eaux (SEQ-Eau) et grille de dégradation du bruit de fond naturel : Il y a plusieurs façons d’apprécier la qualité des eaux :

- Suivant les (altérations) du SEQ-Eau ; - Suivant la grille de dégradation du bruit de fond naturel du bassin déterminé (grille piren seine) sur des basins forestiers monolithologiques non pollués, en particulier à la suite des travaux de S.Thibert.

Chaque échelle de qualité est déterminée par un code couleur : Bleu, Vert, Jaune, Orange et Rouge auxquelles à été rajouté le Noir indicatif d’une très forte dégradation de la qualité de l’eau.

- Bleu : très bonne qualité ; - Vert : bonne qualité ;

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- Jaune : qualité moyenne ; - Orange : mauvaise qualité ; - Rouge : très mauvais qualité ; - Noir : eaux d’égouts.

Conclusion : Les données des variables des stations retenues ne sont pas toutes documentées à la même période. Une seule station (Poses) est documentée sur toute la période de l’étude (1971-2002), où les variables les plus documentées sont les MES et les NO3. Les autres stations sont documentées à partir de 1978, ces stations sont généralement des stations de 1ère et 2ème classe. Les autres stations de 3ème, 4ème et 5ème classes sont respectivement, moyennement, peu et très peu documentées. Les stations de 1ère et 2ème classes se situent sur les affluents d’ordre 6 et 7 en plein centre du bassin de la Seine et sont très proches des agglomérations ce qui explique leur large documentation. Alors que les stations de 3ème, 4ème et 5ème classes situent en amont du bassin sur des affluents d’ordre 2, 3, 4 et 5 dans des zones relativement éloignées des agglomérations, donc des impacts de pollution anthropique, ce qui justifie leur relative tardive documentation vue qu’elles ne présentaient pas grand intérêt quand au suivi de la qualité des eaux. II- Evolution temporelle de la qualité des eaux.

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II.1- Classification des quantiles. Afin de représenter la distribution temporelle des différentes variables au niveau du bassin de la Seine, on a procédé au calcul de leurs quantiles. Ce calcul est fonction de 2 paramètres :

a- l’ordre des stations ; b- la période considérée.

a- L’ordre des stations : . Stations de 1ère et 2ème classes : Le calcul des quantiles pour les stations de 1ère et 2ème classes s’est fait pour toutes les

variables retenues. . Station de 3ème classe : Le calcul des quantiles pour les stations de 3ème classe s’est fait seulement pour les

variables suivantes : NH4, NO3, MES et PO4.

b- La période considérée : . Station de 1er et 2ème et 3ème classes : Le calcul des quantiles s’est fait à la fois sur toute la période considérée (1971-2002), et

sur une segmentation par tranche de 5 ans tout au long de la période 1971-2002 .

II.2- Nature des quantiles calculés : La nature des quantiles calculés s’est fait en fonction de l’ordre des stations, et du nombre de données par période. Pour les stations de 1ère et 2ème classes, les quantiles représentés sur le tableau n°5 ont été calculés pour toutes les variables considérées.

Tableau n°5 : Quantiles calculés pour les variables des stations de 1e et 2ème classe. Le tableau n°6 représente les quantiles calculés pour les stations de 3ème classe :

Nombre de données Quantiles (%)

nbr données ≤ 40 75, 50, 25

80 ≥ nbr données > 40 95, 90, 75, 50, 25, 10, 5

nbr données > 80 99, 98, 95, 90, 75, 50, 25, 10, 5, 2, 1

Sur toute la période (1971-2002) 99.5, 99, 98, 95, 90, 75, 50, 25, 10, 5, 2, 1, 0.5

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Quantiles (%)

Par segmentation de 5 ans

Sur toute la période considérée (1971-2002)

NH4 10, 50, 90 10, 50, 90

NO3 50 50

MES 50 10, 25, 50, 75, 90

PO4 10, 50, 90 10, 50, 90

Tableau n°6 : Quantiles calculés pour les variables des stations de 3ème classe.

II.3 Normalisation des quantiles :

Les valeurs médianes (C50%) et extrêmes (C5 et C95%) des quantiles ont été normalisées à la période 1996/2000, afin de pouvoir procéder à une distribution temporelle et une comparaison entre différentes variables pour les stations de 1ère et 2ème classes. Pour les stations 3ème classe, la normalisation a été faite pour les valeurs médianes (C50%) des quantiles à la période 1996/2000.

Les tableau n°7, 8 et 9 représentent les quantiles calculés pour une station de 1er et 2ème classes (MES pour la station de Poses 174000, NO3 pour la station de PONT THIERRY 48000, et NH4 pour la station de VERRIERES 4385) sur toute la période (1971-2002), ainsi que sur les périodes segmentées, mais aussi la normalisation des valeurs médianes et extrêmes des quantiles en fonction de l’ordre des stations.

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Station Période Effectif 0.50% 1% 2% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 98% 99% 99.50% C50i/C50(96/00) C95i/C95(96/00) C5i/C5(96/00)174000 1971-1975 20 25 34 42 1.85174000 1976-1980 73 8 9.2 12 16 24 43 70 88 170 1.30 0.96 1.35174000 1981-1985 105 6.4 9 12 18 23 40 65 82 93 120 1.25 0.89 1.32174000 1986-1990 147 3 4 7 9 15 21 31 57 88.8 120 150 1.14 0.97 1.03174000 1991-1995 229 3.8 4.7 7.6 10.1 15.2 24 47.2 92.8 130 256 264 1.30 1.41 1.12174000 1996-2000 202 3.4 5 6.8 8.7 13 18.4 38 72.6 92 154 187 1.00 1.00 1.00174000 2001-2002 94 4.8 5.3 6 8 12 21 33 63 73 105 115.6 1.14 0.79 0.88

174000 1971-2002 869 3.4 4.6 5.6 7.8 9.8 15 21.6 38.8 70 95.2 150 203 256 1.17 1.03 1.15

MES (mg/l) pour la station de POSES - 1971-2002

Quantiles

Tableau n°7

Station Période Effectif 0.50% 1% 2% 5% 10% 25% 50% 75% 90% 95% 98% 99% 99.50% C50i/C50(96/00) C95i/C95(96/00) C5i/C5(96/00)48000 1983-1985 57 14 15 16 18 21 23 24 0.72 0.65 1.0048000 1986-1990 84 8 10 11 13 17 20 24 28 30 31 34 0.80 0.81 0.7948000 1991-1995 60 10 11 16 21 26 29 30 0.84 0.81 0.7148000 1996-2000 60 14 15 25 25 29 34 37 1.00 1.00 1.0048000 2001-2002 23 22.7 25 29.5 1.00

48000 1983-2002 284 8 9 10 13 14 17 21 25 29 32 35 37 54 0.84 0.86 0.93

Quantiles

NO3(mg/l) pour la station de PONT THIERRY (1971-2002)

Tableau n° 8

Station Période Effectif 10% 25% 50% 75% 90% C50i/C50(96/00)4385 1978-19804385 1981-19854385 1986-1990 15 0.02 0.03 0.16 0.304385 1991-1995 38 0.02 0.03 0.06 0.304385 1996-2000 56 0.1 0.1 0.1 1.004385 2001-2002 11 0.1 0.1 0.1 1.00

4385 1971-2002 120 0.02 0.1 0.1 1.00

NH4 (mg/l) pour la station de VERRIERES 1971-2002

Quantiles

Tableau n° 9

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II.4 Distribution temporelle des variables.

La représentation de la distribution temporelle peut se faire selon différents critères. Elle peut représenter l’évolution de toutes les variables à une station donnée et ceci durant toute la période considérée, ou bien elle peut prendre en considération une variable fixe, et voir son évolution dans le temps durant la période considérée et ceci sur un ensemble de stations.

II.4.1- Tableaux :

Les trois tableaux suivants (tableau 10, 11 et 12) représentent la distribution temporelle des valeurs des médianes (C50%) des NO3, NH4, et CHLA aux stations de 1ère et 2ème classes après normalisation à la période 1996-2000.

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Tableau n°10 : Valeurs des médianes pour les NO 3 à la période (71/02), normalisées à la période 96/00 pour les stations de 1ère et 2ème classesStation Nom Station Quantiles 1971-1975 1978-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002174000 POSES C50i/C50(96/00) 0.50 0.77 0.82 0.90 0.94 1.00 1.0432000 MONTEREAU FAULT YONNE C50i/C50(96/00) 0.81 0.71 0.81 0.86 1.00 1.00

125000 POISSY C50i/C50(96/00) 0.76 0.81 0.81 0.81 1.00 1.0581000 PARIS TOLBIAC C50i/C50(96/00) 0.83 0.75 0.83 0.87 1.00 1.09

138000 BEAUMONT SUR OISE C50i/C50(96/00) 0.84 0.95 0.95 0.95 1.00 1.16185000 CAUDEBEC EN CAUX C50i/C50(96/00) 0.91 0.96 1.00 0.99

109000 LA FERTE SOUS JO C50i/C50(96/00) 0.83 0.86 1.00 1.06 1.00 1.0985000 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 0.70 0.80 0.75 0.80 1.00 1.0048000 PONT THIERRY C50i/C50(96/00) 0.72 0.80 0.84 1.00 1.00

104000 MATOUGUES C50i/C50(96/00) 0.80 0.88 1.06 1.06 1.00 1.06141490 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 0.87 0.91 0.95 0.95 1.00 1.16126000 MEULAN C50i/C50(96/00) 0.71 0.78 0.81 0.81 1.00 1.05128000 BONNIERE SUR SE C50i/C50(96/00) 0.70 0.77 0.78 0.78 1.00 1.00

Tableau n°11 : Valeurs des médianes pour les NH 4 à la période (71/02), normalisées à la période 96/00 pour les stations de 1ère et 2ème classesStation Nom Station Quantiles 1971-1975 1978-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002174000 POSES C50i/C50(96/00) 2.24 1.44 1.00 1.48 1.92 1.00 0.6432000 MONTEREAU FAULT YONNE C50i/C50(96/00) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

125000 POISSY C50i/C50(96/00) 0.68 0.89 1.36 1.68 1.00 0.6481000 PARIS TOLBIAC C50i/C50(96/00) 1.17 1.50 2.17 2.00 1.00 0.50

138000 BEAUMONT SUR OISE C50i/C50(96/00) 1.38 1.13 1.25 1.63 1.00 0.43185000 CAUDEBEC EN CAUX C50i/C50(96/00) 2.88 2.52 1.00 0.84

109000 LA FERTE SOUS JO C50i/C50(96/00) 1.00 1.20 1.00 1.00 1.00 1.0085000 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 0.57 0.76 1.07 1.36 1.00 0.9848000 PONT THIERRY C50i/C50(96/00) 2.00 2.00 1.50 1.00 1.00

104000 MATOUGUES C50i/C50(96/00) 1.00 1.20 1.00 1.00 1.00 1.00186500 HONFLEUR C50i/C50(96/00) 1.16 1.47 1.84 1.37 1.00 0.58141490 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 1.11 0.89 1.22 1.56 1.00 0.49126000 MEULAN C50i/C50(96/00) 0.80 1.04 1.32 1.68 1.00 0.72128000 BONNIERE SUR SE C50i/C50(96/00) 1.05 0.86 1.33 1.71 1.00 0.63

17

Tableau n°12 : Valeurs des médianes pour la CHLA à la période (71/02), normalisées à la période 96/00 pour les stations de 1ère et 2ème clasStation Nom Station Quantiles 1971-1975 1978-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002174000 POSES C50i/C50(96/00) 2.48 1.98 1.54 1.00 0.4332000 MONTEREAU FAULT YONNE C50i/C50(96/00) 5.38 2.38 0.19 1.00 1.00

125000 POISSY C50i/C50(96/00) 2.88 1.31 0.31 1.00 0.6381000 PARIS TOLBIAC C50i/C50(96/00) 4.78 1.96 0.91 1.00 0.70

138000 BEAUMONT SUR OISE C50i/C50(96/00) 2.36 1.18 0.23 1.00 2.95185000 CAUDEBEC EN CAUX C50i/C50(96/00) 1.48 1.19 1.00 0.41

109000 LA FERTE SOUS JO C50i/C50(96/00) 6.19 3.86 0.29 1.00 1.7685000 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 2.92 1.54 0.17 1.00 0.5648000 PONT THIERRY C50i/C50(96/00) 2.85 1.30 0.35 1.00 1.00

104000 MATOUGUES C50i/C50(96/00) 1.94 1.06 0.19 1.00 1.29186500 HONFLEUR C50i/C50(96/00) 1.16 1.29 0.68 1.06 1.00 0.66141490 CONFLANS St HONORINE C50i/C50(96/00) 3.19 3.19 0.30 1.00 1.26126000 MEULAN C50i/C50(96/00) 2.32 1.51 0.16 1.00 0.59

18

II.4.2- Graphiques :

a- Evolution temporelle de variables aux les stations de 1ère et 2ème classes : Les figures suivantes (figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6) représentent la distribution temporelle des variables NO3, NH4 et CHLA sur toutes les stations de 1ère et 2ème classes. Evolution du NO3 aux stations de 1ère et 2ème classes (figures 1et 2) :

. Stations 1ère classe : Figure n°1

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour les NO3, pour les stations de 1er ordre

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1971-1975 1978-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002 1971-2002

temps

C50

/C50

i(96/

00) Seine-Poses

Yonne-Montereau fault yonne

Seine-Poissy

Seine-Paris Tolbiac

Oise-Beaumont sur Oise

Seine-Caudebeck en Caux

. Stations de 2ème classe :

Figure n°2

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour les NO3, pour les stations de 2éme ordre

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1971-1975

1978-1980

1981-1985

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2001-2002

1971-2002

tremps

C50

/C50

i(96/

00)

Marne-LA FERTE SOUS JO

Seine-CONFLANS St HONORINE

Seine-PONT THIERRY

Marne-MATOUGUES

Oise-CONFLANS St HONORINE

Seine-MEULAN

Seine-BONNIERE SUR SE

19

Evolution du NH4 aux stations de 1ère et 2ème classes (figures 3 et 4) :

. Stations de1ère classe : Figure n°3

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour les NH4, pour les stations de 1er ordre

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

1971-1975

1978-1980

1981-1985

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2001-2002

1971-2002

temps

C50

/C50

i(96/

00) Seine-POSES

Yonne-MONTEREAU FAULT YONNE

Seine-POISSY

Seine-PARIS TOLBIAC

Oise-BEAUMONT SUR OISE

Seine-CAUDEBEC EN CAUX

. Stations de 2ème classe : figure n°4

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour les NH4, pour les stations de 2éme ordre

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

1971-1975

1978-1980

1981-1985

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2001-2002

1971-2002

temps

C50

/C50

i(96/

00)

Marne-laferte

Seine-CONFLANS St HONORINE

Seine-PONT THIERRY

Marne-MATOUGUES

HONFLEUR

Oise-CONFLANS St HONORINE

Seine-MEULAN

Seine-BONNIERE SUR SE

20

Evolution du CHLA aux stations de 1ère et 2ème classes (figures n°5 et 6) :

. Stations de 1ère classe :

Figures n°5

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour la CHLA, pour les stations de 1er ordre

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

1971-1975

1978-1980

1981-1985

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2001-2002

1971-2002

temps

C50

/C50

i(96/

00) Seine-POSES

Yonne-MONTEREAU FAULT YONNE

Seine-POISSY

Seine-PARIS TOLBIAC

Oise-BEAUMONT SUR OISE

Seine-CAUDEBEC EN CAUX

. Stations de 2ème classe :

Figures n°6

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, pour la CHLA, pour les stations de 2éme ordre

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

1971-1975

1978-1980

1981-1985

1986-1990

1991-1995

1996-2000

2001-2002

1971-2002

temps

C50

/C50

i(96/

00)

Marne-LA FERTE SOUS JO

Seine-CONFLANS St HONORINE

Seine-PONT THIERRY

Marne-MATOUGUES

HONFLEUR

Oise-CONFLANS St HONORINE

Seine-MEULAN

Seine-BONNIERE SUR SE

21

Interprétation : NO3 Le NO3 varie dans le même sens pour toutes les stations 1ère et 2ème classes, il a tendance à augmenter entre 1978 et 2002, ce ci est dû aux nitrates utilisés dans les pratiques agricoles, qui sont facilement lessivées et entraînées dans les cours d’eau. NH4

L’évolution du NH4 varie d’une station à une autre, on remarque une différence entre les stations se situant à l’amont de Paris (Montereau Fault Yonne et Beaumont Sur Oise) par rapport aux autres qui se trouvent à Paris ou à l’aval de Paris (Paris Tolbiac, Poses, etc.). Cette différence est du à une influence des rejets domestiques qui peuvent être plus importants à Paris qu’à son amont. L’évolution du NH4 à l’amont de Paris reste relativement faible et stable (MATOUGUES), alors qu’elle a tendance à varier nettement sur les autres stations. CHLA L’évolution du CHLA est étrange pour les stations de 1ère classe (PIOSSY, MONTEREAU FAULT YONNE, et BEAUMONT SUR OISE). Cette variation indique une mauvaise documentation des données en CHLA pour la période 1991-1995. La même constatation est faite pour les stations de 2ème classe où uniquement HONFLEUR semble être épargné par cette erreur.

22

b- Evolution temporelle de toutes les variables par station : La station qui a retenu notre attention pour cet exemple est la station de Poses (174000), parcequ’elle est la plus documentée à la fois en variables et en années. Les deux figures suivantes (figures 7 et 8) représentent l’évolution des valeurs médianes (C50) de toutes les variables retenues, par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00 à la station de Poses.

Figure n°7

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, à la station de Poses.

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

1971-1975 1976-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002 1971-2002

temps

C50

i/C50

(96/

00)

MES

NO3

PO4

Qinst

CHLA

NH4

SiO2

23

Figure n°8

Evolution des valeurs médianes (C50) par période de 5 ans, normalisées à la période 96/00, à la station de Poses.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1971-1975 1976-1980 1981-1985 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2002 1971-2002

temps

C50

i/C50

(96/

00) K

CL

Ca

COD

HCO3

Interprétation : A la station de Poses, on remarque que le débit est relativement bas durant la période 71-75 dû à une période relativement sèche, où la fréquence des prélèvements est moins importante que les périodes qui l’ont suivi. Durant la période 76-00 le débit varie peu, il est relativement stable jusqu’à une augmentation soudaine à la période 01-02, qui a été une période relativement humide mais qui reste peu représentative étant donné le peu données documentées sur cette période. On note une nette augmentation des NO3 durant toute la période 71-02, dû à l’utilisation des engrais dans les activités agricoles. La diminution du NH4 et du PO4 est relativement importante sur toute la période 71-02, elle est sans doute dû à la baisse d’utilisation des orthophosphates comme composants chimiques dans les produits domestiques au fil du temps. Les Cl qui sont essentiellement d’origine marine diminuent pendant la période 71-75, qui confirme la saison relativement sèche que çà a été, puis augmente et se stabilise durant le reste de la période. Le Ca proviennent de l’altération de divers minéraux (carbonatés, sulfatés, silicatés), peut également être apporté par l’érosion éolienne puisque c’est un élément terrigène, il reste relativement stables et évolue dans le même sens durant toute la période 71-00 que le HCO3 qui lui est issu à la fois de la dissolution des roches carbonatées. Ils sont indicateurs d’une altération minérale stable. La période 01-02 reste peu représentative, son interprétation ne peut forcement coïncider avec la réalité des choses, étant donné le nombre faible des données qu’elle comporte.

24

Conclusion : Le calcul des quantiles a permis de normaliser les valeurs médianes ainsi que les valeurs extrêmes, pour pouvoir mieux comparer l’évolution temporelle des variables sur la même échelle. Initialement, la normalisation devait se faire à la période 71-75 (début de l’étude), mais toutes les variables n’étaient pas documentées à cette période, ce qui nous a obligé à reconsidérer une autre période de normalisation valable pour toutes les variables (période 96/00). Sur les exemples retenus ci-dessous (NO3, NH4 et CHLA) on constate une variation dans le temps propre à chaque variable, elle est homogène et va dans le même sens sur toute la période (71-02) pour les NO3, ce-ci est dû à l’utilisation en grande quantité des engrais dans les activités agricoles. Elle peut aussi ne pas être homogène comme est le cas pour le NH4, où on constate une nette variation selon le positionnement géographique de la station, elle est plus importante à l’aval de paris qu’à son amont à cause des rejets domestiques et urbains qui viennent augmenter les concentration en NH4. Enfin, on remarque une variation inhabituelle de CHLA qui chute soudainement à la période 91-95, qui peut-être expliquée par une mauvaise documentation à cette période. L’utilisation des quantiles a facilité l’introduction d’une base de données pour le SIG, afin de représenter une distribution à la fois spatiale et temporelle des variables.

25

III- SIG. III.1- Introduction : La représentation de la distribution spatiale des différentes variables retenues a été faite sur un système d’information géographique (SIG - Arcview). Le principe du SIG réside dans la capacité de transformer des cartes standards en cartes parlantes. Son domaine d’application est très vaste, ainsi que son potentiel de gestion. Le SIG représente une superposition des couches, chacune d’elles est associée à une base de donnée qui lui est propre. La création d’un SIG commence impérativement par le calage de la carte aux coordonnées Lamberts sur laquelle on va travailler, qui permettra de situer géographiquement n’importe qu’elle point sur la carte. Un SIG comprend une ou plusieurs vues (fenêtres de travail), chacune d’elles comprend une ou plusieurs couches, ces dernières sont associées à des bases de données qui leur sont propres. En plus d’une vue générale (Vue générale) représentant plusieurs couches classées selon les classes des stations de la qualité de l’eau, plusieurs autres vues ont été crées, chacune d’elles représentent une variable bien définie par la nature de son altération et/ou par la grille de dégradation du bruit de fond naturel. Chacune des vues des variables est représentée par plusieurs couches correspondantes à une segmentation de 5 ans sur la période de l’étude (1971-2002). Les vues des variables représentées sur le SIG sont les suivantes : CHLA_901,2; Cl_951,2; HCO3_90, MES_901,2,3; NH4_503, NH4_901,2; NO3_501,2,3; PO4_501,2; SiO2_101,2. Explication : NH4_901,2 : valeur de NH4 au quantile 90% aux stations d’ordre 1 et 2. III.2- SIG et base de données : La première vue créée est une vue générale comprenant plusieurs couches avec leurs bases de données respectives. Puis, on a crée 19 autres vues correspondant aux variables retenues (mentionnées dans le paragraphe ci-dessus). Ces vues permettent d’associer les 149 stations de la qualité des eaux retenues à différentes données. III.2.1- Vue générale : Les couches comprises dans la vue générale et dans les autres vues sont sur le tableau suivant (Tableau n°13)

26

Couches Vue généraleLithologie oui

Occupation du sol ouiBassins oui

Communes ouiDepartements oui

Réseau hydrographique ouistations_a ouistations_b ouistations_c ouistations_d ouistations_e oui

Couplé_a_b_c ouiQuantiles_ségmentation_a_b_c oui

Quantiles_71-02_a_b_c ouivariables ségmentées non

Tableau n°13: Couches SIG - Vue générale Comme son nom l’indique, la vue générale représente une vue globale du bassin versant de la Seine avec ses différentes couches mentionnées dans le tableau ci-dessus (Tableau n°11). Chacune des couches est reliée à une base de donnée. Le tableau n°14 représente l’effectif des variables dans la base de données, un exemple pour les 5 classe de stations. Cette base de données est exprimée par la classe des stations, leur numéro RNB, les variables retenues, les caractéristiques du bassin correspondant à la station, sa lithologie, son occupation du sol, la population recensée, la rivière, informations sur son implantation et ses caractéristiques hydrologiques, et le Metox qui représente la somme des rejets en métal pondéré. Les figures 9, 10, 11, 12 et 13 représentent respectivement les stations de 1ère, 2ème, 3ème, 4ème et 5ème classes dans le bassin de la Seine.

27

Tableau 14 : Effectif des variables dans la base de données, exemple pour chaque classe de stations. (Vue générale)

Classes Id Nom Mes No3 Cl Cond20 Orthophosp K Ca2+ CHLA COD HCO32- NH4

+ SiO2- Arc_rejet Sbv_km2

1 174000 POSES 919 785 750 59 760 628 722 653 635 735 887 450 2347 64939.782 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE 295 296 216 23 296 216 208 179 247 202 296 35 345 8842.23 14000 MONTEREAU FAULT YONNE 179 178 145 58 178 145 150 161 167 72 178 57 3610 10271.894 125500 TRIEL SUR SEINE 60 60 20 36 60 20 20 39 48 12 60 24 2786 61754.585 133850 CLAIROIX 3 35 6 0 35 0 3 14 18 0 35 0 1819 4701.92

Classes Id Nom Perimetre Arg Calc

1 174000 POSES 64304.363 0.022 0.2522 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE 17980.219 0.02 0.4023 14000 MONTEREAU FAULT YONNE 12401.679 0.027 0.394 125500 TRIEL SUR SEINE 49482.923 0.022 0.265 133850 CLAIROIX 20630.448 0.002 0.04

Classes Id Nom Carb Sabl Cris Marn Crai Indet Cl_1 Cl_2 Cl_3 Cl_4 Cl_5 Cl_6 Cl_7 Cl_8

1 174000 POSES 0,183 0,131 0,027 0,087 0,291 0,004 0,048 0,514 0,006 0,08 0,082 0,257 0,004 0,0032 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE 0,104 0,053 0 0,163 0,249 0,005 0,022 0,455 0,017 0,092 0,097 0,305 0,006 03 14000 MONTEREAU FAULT YONNE 0,046 0,031 0 0,121 0,376 0,005 0,021 0,557 0,01 0,036 0,065 0,302 0,005 04 125500 TRIEL SUR SEINE 0,184 0,129 0,028 0,089 0,28 0,004 0,047 0,511 0,006 0,079 0,083 0,261 0,004 0,0035 133850 CLAIROIX 0,038 0,316 0,038 0,077 0,462 0,023 0,024 0,484 0 0,174 0,088 0,202 0,002 0,001

28

Classes Id Nom Pop_1975 Pop_1982 Pop_1990 Pop_1999 riviere commune1 174000 POSES 12624344 12911271 13597771 13945466 SEINE POSES2 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE 485439 491727 490717 479720 MARNE LA FERTE SOUS JOUARRE3 14000 MONTEREAU FAULT YONNE 381056 386259 387023 391005 SEINE MONTEREAU FAULT YONNE4 125500 TRIEL SUR SEINE 12117264 12339590 12961680 13274759 SEINE TRIEL SUR SEINE5 133850 CLAIROIX 303837 303727 304910 304580 OISE CLAIROIX

Classes Id Nom lieu code_hyd active Reseau1 174000 POSES AMONT BARRAGE DE POSES H81100 OUI RNBG2 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE PONT RN 3 H54210 OUI RNBG3 14000 MONTEREAU FAULT YONNE PONT RN 5 BIS H19400 OUI RNBG4 125500 TRIEL SUR SEINE PONT RD 2 H79000 OUI ANNG5 133850 CLAIROIX PONT RD 81 H74210 OUI ANNG

Classes Id Nom Org_suivi Metox_2000(kg/j)1 174000 POSES LMV ROUEN 33772 109000 LA FERTE SOUS JOUARRE CRECEP3 14000 MONTEREAU FAULT YONNE CRECEP 974 125500 TRIEL SUR SEINE CRECEP 30915 133850 CLAIROIX CRECEP 372

29

Figure n°9

30

Figure n°10

31

Figure n°11

32

Figure n°12

33

Figure n°13

34

III.2.2- Vue variables : Les vues des variables sont les suivantes : CHLA_901,2; Cl_951,2; HCO3_90, MES_901,2,3; NH4_503, NH4_901,2; NO3_501,2,3; PO4_501,2; SiO2_101,2. Les couches comprises dans les vues des variables sont sur le tableau suivant (Tableau n°15)

Couches Vues des variablesLithologie non

Occupation du sol nonBassins non

Communes nonDepartements non

Réseau hydrographique ouiMES_a nonMES_b nonMES_c nonMES_d nonMES_e non

Couplé_a_b_c nonQuantiles_ségmentation_a_b_c non

Quantiles_71-02_a_b_c nonvariables ségmentées oui

Tableau n°15: couches SIG - Vues des variables On a créé 19 vues variables, selon le nombre de variables retenues et l’ordination des stations. Chaque vue de ces variables comprend une couche du réseau hydrographique du bassin de la Seine, ainsi que des couches représentatives d’une segmentation de 5 ans sur toute la durée étudiée (1971-2002), chaque couche est liée à une base de données propre à elle. Les tableaux 16, 17 et 18 représentent un exemple d’une base de données concernant les NO3_50 pour l’altération des nitrates, à quelques stations d’ordre 3 aux périodes 86-90, 91-95 et 96-00.

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Id Stations Mes No3 Cl Cond20 Orthophosp K NO3_50_86-905200 St LYE 113 113 28 23 113 24 12.147000 MELUN 171 187 121 12 187 80 1781570 PARIS GARIGLIANO 172 198 68 23 198 27 1788410 VECQUEVILLE 125 125 28 0 125 24 14.3

135000 VERBERIE 121 136 56 11 136 15 18137000 CREIL 123 150 55 11 150 14 18137290 St LIEU D'ESSERN 120 154 58 11 154 15 18138800 MERIEL 118 145 155 11 145 15 19141000 CERGY 110 137 38 11 137 27 19185210 VATTEVILLE LA RUE 140 140 139 0 140 111 25

Tableau n°16: base de données couche NO 3 _50_86-90 à quelques stations d'ordre 3

Id Stations Mes NO3 Cl Cond20 Orthophosp K NO3_50_91-955200 St LYE 113 113 28 23 113 24 18.847000 MELUN 171 187 121 12 187 80 1781570 PARIS GARIGLIANO 172 198 68 23 198 27 2088410 VECQUEVILLE 125 125 28 0 125 24 20.2

135000 VERBERIE 121 136 56 11 136 15 17137000 CREIL 123 150 55 11 150 14 17137290 St LIEU D'ESSERN 120 154 58 11 154 15 18138800 MERIEL 118 145 155 11 145 15 19141000 CERGY 110 137 38 11 137 27 20185210 VATTEVILLE LA RUE 140 140 139 0 140 111 25.6

Tableau n°17: base de données couche NO 3 _50_91-95 à quelques stations d'ordre 3

Id Stations Mes No3 Cl Cond20 Orthophosp K_ NO3_50_96-005200 St LYE 113 113 28 23 113 24 23

47000 MELUN 171 187 121 12 187 80 2281570 PARIS GARIGLIANO 172 198 68 23 198 27 2488410 VECQUEVILLE 125 125 28 0 125 24 15

135000 VERBERIE 121 136 56 11 136 15 19137000 CREIL 123 150 55 11 150 14 21137290 St LIEU D'ESSERN 120 154 58 11 154 15 19138800 MERIEL 118 145 155 11 145 15 19141000 CERGY 110 137 38 11 137 27 20185210 VATTEVILLE LA RUE 140 140 139 0 140 111 27.3

Tableau n°18: base de données couche NO 3 _50_96-00 à qualques stations d'ordre 3

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III.3- Code des classes des systèmes d’évaluation de la qualité des eaux (SEQ-Eau) et de la grille de dégradation du bruit de fond naturel du bassin :

Sur la base des variables retenues, il y a plusieurs façons d’apprécier la qualité des eaux :

- Suivant les (altérations) du SEQ-Eau ; - Suivant le bruit de fond naturel du bassin déterminé sur des basins forestiers

monolithologiques non pollués, en particulier à la suite des travaux de S.Thibert. Les classes de la qualité des eaux suivantes ont été faite pour les variables retenues :

1- Chlorophylle A (CHLA_90%) : . Type d’altération : Phytoplancton. (Voir Tableau n°20) 2- Chlorures (Cl_95%) . Type d’altération : minéralisation. (Voir Tableau n°20) . Dégradation du bruit de fond naturel : Base : classes Piren-Seine Provisoire Sur base : Cl_95 naturel = 10 mg/l (Médianes bassins forestiers non pollués Seine = 6.5mg/l) S.Thibert p54. (Voir Tableau n°20)

3- Matières en suspension (MES_90%) :

. Type d’altération : particules en suspension. (Voir Tableau n°20) Combine 3 usages : potentialités biologiques, production en eau potable et loisirs. (SEQ-Eau p17)

. Dégradation du bruit de fond naturel : Base : Piren-Seine Provisoire Sur base MES_90 = 200 mg/l (Voir Tableau n°20)

4- Ammoniaque (NH4_50%) :

. Type d’altération : matières organiques et oxydables. (Voir Tableau n°18) . Type d’altération : matières azotées. (Voir Tableau n°20) . Dégradation du bruit de fond naturel : Base : Thése S.Thibert, tableau 29, p94. Sur base NH4 = 0.03 mgNH4/l (médianes bassins forestiers) (Voir Tableau n°20)

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5- Nitrates (NO3_50%) :

. Type d’altération : nitrates. (Voir Tableau n°20)

. Dégradation du bruit de fond naturel.

Base : Thése S.Thibert, tableau 29, p94. Sur base NO3_50 = 1.24 mg/l (Voir Tableau n°20) 6- Phosphates (PO4_50%) : . Type d’altération : matières phosphatées. (Voir Tableau n°20) . Dégradation du bruit de fond naturel Base : Thése S.Thibert, tableau 29, p94. Sur base PO4_50 = 0.04 mgPO4/l (Voir Tableau n°20)

Seule la CHLA n’a pas pu faire l’objet d’une valeur naturelle de bruit de fond, on a donc utilisé uniquement les classes du SEQ-Eau. Pour l’ammoniaque on a 3 échelles d’appréciation :

- NH4+ en tant que participant au bilan d’oxygène (SEQ-Eau) ;

- NH4+ en tant que matière azotée (SEQ-Eau) ;

- NH4+ en tant que descripteur de la qualité hydrologique. (bruit de fond naturel)

Chaque échelle de qualité est déterminée par un code couleur représentatif de la qualité de l’eau: Bleu, Vert, Jaune, Orange, Rouge et Noir. Le tableau n° 19 représente le code des classes de la qualité de l’eau et des classes Piren-Seine.

Code couleur Qualité de l'eauBleu très bonneVert bonne

Jaune moyenneOrange mauvaiseRouge très mauvaise

Noir eaux d'égoutsTablea n°19: Code des classes de la qualité de l'eau et des classes Piren-Seine

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L’échelle « dégradation du bruit de fond naturel » est déterminée pour l’ensemble du bassin de la Seine sur la base de la valeur naturelle médiane C50 ou de quantiles extrêmes MES90, Cl95, CHLA90, SiO225. Pour cette échelle on a utilisé un accroissement géométrique identique : x1.5, x2, x4, x8, x16. On a été obligé pour certains descripteurs de rajouter une classe extrême de couleur noire qui pourrait correspondre à un effluent domestique à peine dilué. Pour chaque descripteur chimique ou biogéochimique de la qualité des eaux, il y a donc plusieurs points de vue qui s’adressent aussi à des quantiles différents. Cependant, jusqu’ici la plus part des échelles (SEQ-Eau) se rapportent aux valeurs centrales (médiane) et non pas aux valeurs extrêmes (à l’exception des variations nycthémérales de O2 et de pH prises en compte dans le SEQ-Eau).

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variables Types d'altérations Bleu Vert Jaune Orange Rouge NoirCHLA (mg/l) Phyto-ploncton (SEQ-Eau) 0-10 10-60 60-120 120-240 240 et plus x

Minéralisation (SEQ-Eau ) 0-62.5 62.5-125 125-190 190-250 250 et plus xDégradation du bruit de fond naturel 0-15 15-20 20-40 40-80 80-150 xParticules en suspension (SEQ-Eau) 0-5 5-25 25-38 38-40 40 et plus xDégradation du bruit de fond naturel 0-300 300-600 600-900 900-1800 1800 et plus x

Matiéres organiques (SEQ-Eau) 0-0.5 0.5-1.5 1.5-2.8 2.8-4 4 et plus xMatières azotées (SEQ-Eau) 0-0.1 0.1-0.5 0.5-2 2-5 5 et plus x

dégradation du bruit de fond naturel 0-0.045 0.045-0.06 0.06-0.12 0.12-0.24 0.24-0.58 0.58 et plusnitrates (SEQ-Eau) 0-2 2-10 10-25 25-50 50 et plus x

Dégradation du bruit de fond naturel 1.8-2.5 2.5-5 5-10 10-20 20 et plus xMatières phosphatées (SEQ-Eau) 0-0.1 0.1-0.5 0.5-1 1-2 2 et plus x

Dégradation du bruit de fond naturel 0-0.06 0.06-0.08 0.08-0.16 0.16-0.32 0.32-0.064 0.064 et plusSiO2 (mg/l) Dégradation du bruit de fond naturel 8 et plus 8-6 6-4 4-2 2-0 x

Tableau n°20 : Code des classes SEQ-Eau et Piren-Seine

NO3_50 (mg/l)

PO4_50 (mg/l)

Code des classes : SEQ - Eau et Piren- Seine

Cl_95 (mg/l)

MES (mg/l)

NH4_50 (mg/l)

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III.4 Evolution de la contamination nitriques : Distribution spatiale des nitrates par période de 5 ans, sur le bassin versant de la Seine.

La distribution spatiale des NO3_50 par période de 5 ans est représentée sur les figures 14, 15, 16, 17, 18 et 19. Un code couleur est attribué aux stations selon le système de qualité des eaux.

Figure n°14

41

Figure n°15

Figure n°16

42

Figure n°17

Figure n°18

43

Figure n°19

Explication : NO3_50_c_altération_nitrates : représente l’altération des NO3 au quantile 50% aux stations d’ordre 3, Le (c) remplace la 3ème classe. Dans l’élaboration du SIG, on a évité d’utiliser trop de chiffres qui auraient pu induire en erreur. Les stations de 1ère, 2ème, 3ème, 4ème et 5ème classes sont remplacées par des stations de 1er, 2ème, 3ème, 4ème, et 5ème ordre. Interprétation : Les figures 14, 15, 16, 17, 18 et 19 montrent l’évolution des NO3 dans le bassin de la Seine par segmentation de 5 ans sur toute la période de l’étude (1971-2002) aux stations de 3ème classe. Il y a peu de stations qui documentée en NO3 dans le deux premières périodes, d’autres stations viennent s’ajouter à la troisième période, pour enfin avoir beaucoup plus de stations sur les trois dernières périodes. Le code couleur dominant à quasiment toutes les stations est le jaune, et ce ci sur toute la période. Certaines stations changent de couleur (Orange) à la dernière période (01-02) qui est peu représentative, mais qui montrent clairement que la qualité des eaux est susceptible de changer et de passer d’une qualité moyenne (Jaune) à une mauvais qualité (Orange). Conclusion : L’intégration de la base de donnée au SIG nous a permis de rendre dynamique la carte du bassin de la Seine. Elle a été associée à différentes bases de données concernant les variables retenues lors de l’étude, les sous bassins, la lithologie, l’occupation du sol, la population, les rejets des métaux, etc.

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Conclusion générale. Lors du commencement du projet, initialement l’intitulé du stage ne comportait que les ions majeurs dans le bassin de la Seine, mais faute de documentation on s’est vu modifier l’intitulé du stage et généraliser l’étude à d’autres variables. Le nombre de stations retenues est de 149 stations qui différent entre elles par les variables mesurées, par le nombre de données par variables, et par le début des dates de mesures. Ces différences nous ont poussé à classer les stations en fonction d’une variable commune, la variable retenue était les MES. Cinq classes ont été définies en fonction du nombre de MES par station sur toute la période de l’étude. Les deux premières classes représentent les stations les plus importantes parceque les plus documentées. On a concentré l’étude sur toutes les variables aux stations de 1ère et 2ème classes, et à des variables sélectionnées selon leur importance aux stations de 3ème classe. Les stations de 4émen et 5ème classes présentaient une faible documentation, qui n’aurait en aucun cas pu être représentatives. Les données des variables ont été segmentées par tranche de 5 ans, afin d’avoir suffisamment de données pour le calcul des quantiles, et que les périodes soient représentatives. La normalisation des quantiles a permis de voir l’évolution des variables d’une station à une autre, ou l’évolution des variables à une seule station durant toute la période. Cette évolution temporelle a été spatialisée à l’aide d’un SIG, à partir duquel il a été possible d’obtenir une évolution non seulement dans le temps mais aussi dans l’espace. Cette évolution est visible grâce au code couleur du système d’évaluation de la qualité des eaux (SEQ-Eau), à laquelle y est joint une base de données représentative de chaque période et de chaque variable. On peut voir la distribution des variables par classe de station dans le temps et dans l’espace, ce qui nous permet de développer des approches méthodiques quant à la compréhension de ces variations et à l’orientation de potentielles études allant dans ce sens, qui est celui de l’évolution des variables au niveau du bassin de la Seine.

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GLOSSAIRE. Lithologie : Arg : argile. Calc : calcaire. Carb : carbone. Sabl : sable. Cris : cristallin. Marn : marne. Crai : crie. Indet : indéterminé. Occupation du sol : CL1 : Zones urbaines. CL2 : Terres arables. CL3 : Cultures permanentes. CL4 : Prairies. CL5 : Zones agri-hétérogénes. CL6 : Forêts. CL7 : Surfaces en eau. CL8 : Zones humides. POP75 : population recensée en 1975. Arc rejet : numéro du bassin à une station donnée. Metox : Il s'agit d'un indice théorique prenant en compte, pour la pondération la toxicité à long et moyen terme des métaux lourds. C'est un indicateur réglementaire développé par le Ministère de l'Environnement et les Agences de l'Eau afin de percevoir les redevances de pollution.