ÉTUDES GÉOHYDROCHIMIQUES DANS LE DELTA DU LLOBREGAT, BARCELONE (ESPAGNE)

Emilio CUSTODIO-GIMENA Docteur-Ingénieur

Section d'Études Hydrologiques du Commissariat aux Eaux des Pyrénées Orientales Via Layetana, 33, 7° Barcelone-3.

RÉSUMÉ

Le delta du Llobregat est une formation de 80 km2 environ d'extension, borné par des terrains très peu perméables. Il repose sur des matériaux très hétérogènes d'âge Pliocène.

Au point de vue hydrogéologique il contient une nappe aquifère superficielle le plus souvent libre, formée de graviers et de sables et une deuxième nappe aquifère profonde et captive, formée de gros graviers quaternaires en connexion hydraulique avec d'autres nappes aquifères d'âge pliocène, constituées fondamentalement par des graviers et argiles.

Les deux nappes aquifères superficielle et profonde sont séparées par une formation limoneuse très homogène, d'une très faible perméabilité.

L'exploitation des eaux se fait à partir de la nappe aquifère profonde où on arrive à pomper de l'ordre de 90 m3/an; d'autre part ce pompage est très concentré en certains points, soit par les fortes demandes de certaines industries, soit par les besoins mêmes de la ville de Barcelone.

Des cartes sont annexées montrant les caractéristiques chimiques de chacune des deux nappes aquifères; on discute les relations possibles entre elles et aussi avec l'eau de la mer, ainsi que la concentration en sels due au phénomène de la recirculation hydrique.

On a essayé, également, de déterminer l'âge des eaux à l'aide des traceurs chimiques et du tritium.

Les problèmes de la pollution chimique provoquée par les eaux d'égouts urbains et les eaux industrielles, sont aussi étudiés.

Finalement on a essayé de prévoir à partir du rythme d'évolution chimique actuel l'évolution de la qualité des eaux.

1. INTRODUCTION

La ville de Barcelone est située sur la côte méditerranénne espagnole. Elle constitue le deuxième noyau de population du pays puisqu'elle compte, avec les municipa­lités environnantes, 2.500.000 d'habitants. L'approvisionnement en eau de cette zone si peuplée, où est installée une importante industrie déjà traditionnelle et en voie de développement rapide, et qui d'ailleurs renferme également des cultures maraîchères considérables, s'effectue au moyen des eaux superficielles et souterraines des fleuves Llobregat et Besôs. Depuis 1966, on dispose d'une autre source d'approvisionnement : une adduction de 80 km de longueur qui amène l'eau du Ter, situé plus au Nord, avec une capacité maximum de 8 m3/sec.

Le Llobregat naît dans le Prépyrénée et a un bassin de 5.041 km2. Son débit moyen est de 19 m3/sec. mais il est très irrégulier, puisqu'il peut varier entre moins de 1 m3/sec pendant les étés secs et plus de 2.000 m3/sec à l'époque des crues.

Le Besôs est un cours d'eau moins important. Son débit est estimé entre 2 et 2,5 m3/sec, avec des étiages très marqués et de fortes crues.

On trouvera le détail des extractions d'eaux souterraines du bas Llobregat et de son delta dans le tableau 1 (Vilarô 1965).

D'après Vilarô (1965), compte tenu de l'utilisation au maximum du canal du Ter, de la régulation du Llobregat à 80% et de l'utilisation de l'irrigation par aspersion, on pourra seulement assurer l'approvisionnement en eau jusqu'à 1980. À ce moment-là il

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TABLE 1

Exploitation d'eau souterraine dans le bas Llobregat

r» T i u * Estimation de la consommation Zone Llobregat

décembre 1965 m^/an

Puits d'irrigation 8.275.000 Puits d'approvisionnement 54.550.000 Puits industriels 60.365.000

Total 123.190.000

faudra disposer d'autres sources d'approvisionnement, telles que la réutilisation des eaux résiduelles, l'adduction d'eau du bassin de l'Ebre (150 km de longueur) ou la potabilisation de l'eau de mer.

La régulation optimale du Llobregat suppose l'utilisation conjointe de réservoirs superficiels et de réservoirs souterrains. La basse vallée et le delta du Llobregat forment ces réservoirs souterrains, dont la capacité de régulation n 'a pas été fixée avec précision, mais qui doit varier entre 100 et 200 Hm 3 (Llamas 1965).

Dans cette étude, nous nous occuperons uniquement de la basse vallée et du delta du Llobregat, qui constituent la zone la mieux connue et la plus importante. Le delta du Besôs est beaucoup plus petit et il existe une profonde intrusion marine due à une sur-exploitation des nappes aquifères.

Il s'agit donc d'une zone où le régime naturel des eaux est sensiblement perturbé par le pompage. Par conséquent, les problèmes posés ont un caractère très différent de ceux que présentent les nappes aquifères peu exploitées.

2. GÉOLOGIE

2.1. Les limites

Les limites du delta du Llobregat sont assez claires, ainsi qu'on peut s'en rendre compte par la figure 1. Le bord occidental est formé par des schistes paléozoïques et quelques formations triasiques et crétacées. Ces terrains sont très imperméables, à l'exception des petits affleurements calcaires de la bordure occidentale. Le bord oriental est formé par des schistes paléozoïques et par des sables et des marnes du miocène (Vindobonien marin).

Entre ces formations et le quaternaire récent du fleuve et du delta s'étendent des terrains quaternaires avec quelques affleurements pliocenes formés essentiellement par des limons éoliques et des éboulis de pente presque toujours peu perméables et qui de plus constituent une barrière entre le calcaire et le quaternaire récent du delta.

2.2. Les nappes aquifères

Dans la basse vallée du fleuve, il existe une superposition de terrasses fluviales glaciaires et interglaciaires qui reposent sur des argiles bleues du pliocène et des schistes paléozoïques imperméables (Molist 1965).

Le delta a une étendue d'environ 80 km2 et sa surface est constituée par des allu-

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Fig. 1 —Carte géologique des zones Llobregat-Besôs. D'après Molist (1966).

vions du fleuve et par des sables éoliques de plage. On voit dans la figure 2 qu'il est possible de distinguer dans le delta deux nappes aquifères principales :

a) Une nappe aquifère superficielle, formée par des graviers et des sables dont l'épaisseur varie entre 5 et 15 m et qui est libre dans sa plus grande partie.

b) Une nappe aquifère profonde, formée par de gros graviers quaternaires et qui occupe la zone centrale du delta. La nappe aquifère profonde est séparée de la couche superficielle par une grande lentille limoneuse assez homogène qui a sur la côte plus de 30 m d'épaisseur et, à l'embouchure du delta, se rétrécit et disparaît. Sur le bord côtier, la nappe aquifère profonde a une épaisseur qui ne dépasse pas 10 m. Par contre, à l'embouchure du delta, où les limons disparaissent et laissent apparaître une seule nappe aquifère libre, on peut trouver des accumulations de graviers allant jusqu'à 40 m d'épaisseur.

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La nappe aquifère profonde est encastrée dans des matériaux pliocenes qui lui servent de bords et de fond. On ne connaît pas l'épaisseur des sédiments pliocenes, mais elle est certainement supérieure à 500 m dans la partie centrale du delta. Ces sédiments sont formés dans leur partie supérieure par des alternances de graviers et de sables et d'argiles, tandis qu'en profondeur on trouve des argiles bleues très peu per­méables.

Le pliocène présente quelques aquifères exploités et qui semblent avoir, parfois, une bonne connexion avec la nappe aquifère quaternaire.

La grande lentille limoneuse recouvre également une bonne partie de ces bords pliocenes. Toutefois, elle s'amenuise jusqu'à disparaître vers la bordure montagneuse. Sur le bord miocène oriental apparaît, en effet, une superposition de sables qui peut atteindre 50 m sans à peine intercalations.

PALLEJÂ

Fig. 2—Profil schématique longitudinal (par le centre) du delta du Llobregat et la basse-vallée. D'après Molist (1966), modifié par Molist (1967). L'échelle verticale es très exagérée. Les terrains sous la mer sont supposés. Les niveaux piézométriques sont de la nappe quaternaire profonde.

3. HYDROLOGIE SOUTERRAINE

3.1. Paramètres hydrologiques

Les données permettant de préciser les caractéristiques des nappes aquifères sont peu nombreuses. On est par contre renseigné sur la construction des puits les plus impor­tants. Si l'on ajoute à cela les données fournies par les piézomètres installés, il est possible de dessiner (fig, 3) les lignes d'isotransmissivité de la nappe aquifère profonde et de la nappe aquifère libre de la vallée. Ces données ont une valeur de première appro­ximation. On remarquera que les valeurs sont très élevées et que les transmissivités supérieures à 5.000 m2/jour sont fréquentes. Dans un essai de pompage réalisé à Cor­nelia (entrée du delta), on a obtenu 20.000 m2/jour pour la partie centrale du delta et de 6.000 m2/jour pour le centre de la vallée. Sur les bords, les transmissivités sont beau­coup plus modestes, très probablement inférieures à 500 m2/jour et souvent inférieures à 300 m2/jour : les valeurs très élevées de la transmissivité correspondent à des zones à

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pompage très fort et peuvent s'expliquer comme un développement maximum de la nappe aquifère dans ces zones.

Les données concernant la nappe aquifère superficielle du delta sont très peu nombreuses et témoignent d'une grande hétérogénéité. On ne peut pas s'attendre à des valeurs supérieures à 300 m3/jour (Van der Leeden 1966), (Molist 1967).

Fig. 3 — Carte de isotransmissivité de la nappe aquifère profonde du delta et libre de la vallée basse. D'après Galofré (1965). Les données sont approximatives, exception faite de quelques nouvelles données de quelques essais de pompage récents (Galofré et Custodio, 1967). La transmissivité est exprimée en m2/jour.

L'analyse des enregistrements constants dans les divers limnigraphes installés sur le delta montre que la partie centrale de la nappe aquifère profonde du delta est une zone de grande transmissivité et relativement homogène. Par contre, les nappes aqui-fères profondes pliocenes possèdent fréquemment une connexion hydraulique moins claire et accusent seulement les fluctuations de type hebdomadaire ou mensuel (Custo­dio 1967).

Dans la partie centrale du delta, le coefficient d'emmagasinage de la nappe aquifère profonde varie entre 10~4 et 10~5 (Van der Leeden 1966), ainsi qu'il est normal dans une nappe aquifère captive.

3.2, Niveau piézométriques

Les figures 4a et 4b donnent les superficies piézométriques du delta et de la basse vallée, avec des courbes mètre par mètre à deux dates différentes. La figure 4a corres­pond à la date du 27 mars 1967, un jour férié pendant lequel se sont arrêtées beaucoup d'usines (les cônes de dépression de la nappe aquifère profonde correspondent à des zones avec des usines en fonctionnement continu). La figure 4b correspond à la date du 1 avril 1967, avec la plupart des puits en fonctionnement.

On remarque que la nappe aquifère prodonde a des niveaux au-dessous du niveau de la mer à cause du pompage très intense. Il n'en était pas ainsi en 1900 lorsque l'eau

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Fig. 4a — Carte d'isopièces le 27 mars 67, à la fin d'une semaine d'arrêt de la plupart des usines. D'après Custodio (1967). Les isopièces ont un intervalle d'un mètre.

était artésienne (voir fig. 2), mais déjà en 1945 la superficie piézométrique a souvent présenté des cotes négatives, à l'exception des années humides où apparaissent de nouveau les cotes positives. Les niveaux minimum enregistrés ont été atteints en 1958 et 1959 (voir fig. 2).

Outre le grand entonnoir central sur la superficie piézométrique de la nappe aquifère profonde, il faut signaler un autre entonnoir plus profond mais de moindre portée (transmissivité inférieure) sur le bord oriental et une large dépression en bordure occidentale. Sur les bords du delta, la nappe aquifère superficielle est également dépri­mée à cause des infiltrations de la nappe aquifère profonde. Dans le reste du delta, la nappe aquifère superficielle présente des cotes positives.

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Fig. 4b — Carte d'isopièces le 1 avril 1967, à la fin d'une semaine de pompage con­tinu. D'après Cùstodio (1967). Les isopièces ont un intervalle d'un mètre.

3.3. Recharge des nappes aquifères

D'après Martîn-Arnaiz (1965) la pluviométrie moyenne de la zone est de 560 m/m annuels et l'évapotranspiration moyenne annuelle réelle est de 480 m/m. Ceci suppose que la recharge moyenne nette par la pluie sur le delta et la basse vallée est d'environ 8 hm3/an. La bordure montagneuse occidentale a un ruissellement superficiel élevé à cause des torrents qui s'infiltrent dans le delta et disparaissent. Cet apport peut être estimé à environ 6 m3/annuels. (Vilarô 1965). Les ruissellements des autres bords montagneux viennent s'ajouter aux eaux superficielles du Llobregat ou aux canals superficiels de déversement.

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M A R

Fig. 5a 1 — Représentation des caractéristiques chimiques des eaux souterraines de la nappe aquifère superficielle du delta. Les figures sont des diagrammes de Stiff modifiés. D'après Custodio (1966).

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FIG. 5-a. DONNC. DE 1.965.

DIAGRAMMES DE STIFF D'EAUX SOUTERRAINES NAPPE PROFONDE DU DELTA DU LLOBREGAT.

Fig. 5a

FIG. 5-b

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Les diagrammes noires i

DONNÉES DE 1.965

DIAGRAMMES DE STIFF D'EAUX SOUTERRAINES

NAPPE SUPERFICIEL DU DELTA DU LLOBREGAT.

Fig. 5b

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Fig. 5b 1 — Représentation des caractéristiques chimiques des eaux souterraines des nappes aquifères profondes du delta. Les figures sont des diagrammes de Stiff modifiés. D'après Custodio (1966).

Étant donné que les niveaux d'eau dans le delta oscillent entre des valeurs moyennes qui ne descendent que très lentement et que cette exploitation est de la même grandeur que la réserve des nappes aquifères, il faut chercher la différence entre 120Hm3/an pompés approximativement et ces 14 Hm3/an dans un apport d'eaux du fleuve par infiltration.

Ainsi qu'il a été montré clairement par Llamas (1965), le Llobregat s'infiltre dans la nappe aquifère de toute la basse vallée. La façon dont le fleuve alimente les nappes aquifères du delta doit être cherchée dans les excédents d'irrigation. L'irrigation s'ef­fectue par deux canaux principaux qui prennent en moyenne environ 4 m3/sec et déver­sent l'excédent à la mer. La zone du delta irriguée avec l'eau du fleuve a environ 30 km2, c'est-à-dire plus du tiers de sa surface. Il faut tenir compte également que près de 20 km2 (le quart de la superficie du delta) sont irrigués avec de l'eau souterraine, dont une partie s'infiltre à nouveau. Bien entendu, dans ce cas les excédents d'irrigation sont plus petits, en raison des soins apportés par les agriculteurs lorsqu'ils utilisent cette eau plus chère. L'infiltration peut encore se trouver accrue par l'existence de quelques puits de déversement d'eaux résiduelles et industrielles dans la zone de Prat de Llobre­gat.

Les pertes dans la mer de la nappe aquifère superficielle, estimées au moyen des plans d'isopièces, doivent être inférieures à 2 Hm3/ân. Les pertes dans la mer de la nappe aquifère profonde sont nulles, ainsi qu'on peut facilement le déduire des plans d'isopièces.

Par l'étranglement de Cornelia, lorsque les puits de cette zone sont arrêtés, il s'écoule difficilement plus de 15 Hm3/an, tandis que l'exploitation d'eau dans la nappe aquifère profonde centrale du delta atteint 40 Hm3/an. Ceci laisse supposer que le rechargement de la nappe aquifère profonde centrale doit s'effectuer par infiltration verticale de l'eau de la nappe aquifère superficielle, à travers les limons intermédiaires, notamment dans la zone haute du delta où l'épaisseur des limons est moindre et la perméabilité verticale et le gradient plus forts. Van der Leeden (1966) dans son étude cite également l'infiltration verticale. La comparaison des superficies piézométriques de la nappe aquifère superficielle (fig. 4a et 4b) semblent encore confirmer cette supposi­tion.

Les nappes aquifères pliocenes plus profondes n'ont pas une zone d'alimentation suffisante pour contribuer de façon appréciable.

Dans la zone industrielle de la bordure orientale du delta, la presque totalité de l'alimentation dans la partie profonde de la nappe aquifère doit se faire par infiltration verticale, ainsi qu'il est facile de le constater dans les puits superficiels, où le niveau piézométrique descend à l'unisson des puits profonds, bien que l'oscillation soit plus amortie. On peut en dire autant de la bordure occidentale. En réalité, on peut estimer qu'il n'existe qu'une seule nappe aquifère dont la perméabilité verticale est inférieure à la perméabilité horizontale. Sur le bord occidental, on observe facilement un fort gradient vers l'intérieur. Une partie de l'eau pompée pour l'irrigation s'infiltre et elle est de nouveau extraite. Cette eau entre ainsi dans un cycle semifermé.

4. CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES DE L'EAU DE LLOBREGAT

L'eau du Llobregat, dont dépend en grande partie le rechargement des nappes aquifères, est fortement polluée. De nombreuses industries et des agglomérations urbaines importantes sont situées tout le long du fleuve, depuis sa naissance à Castellar d'en Hue. D'autre part, le Llobregat traverse le bassin de sels evaporites de Suria et Cardona, situé à quelques 60 km au Nord de Barcelone. La pollution est là très consi­dérable par CINa et C1K, à cause des industries minières, et le fleuve reçoit également du gypse. La rivière salée, l'un des affluents du Llobregat, a souvent des eaux saturées

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de CINa. Enfin, la rivière Anoia, le plus important affluent au voisinage du delta, traverse diverses zones riches en gypse du Keuper et de l'éocène. Le contrôle des déver­sements des mines a freiné la salinisation continue mais ne l'a pas éliminée.

Tout ceci a comme résultat que l'eau du Llobregat est très chargée en sels et qu'elle souffre d'une importante pollution organique. La teneur moyenne en chlorures de l'eau du Llobregat est d'environ 200 ppm en Cl~. Elle atteint parfois 600 ppm et peut descendre en d'autres moments jusqu'à 100 ppm; la dureté moyenne de l'eau est de l'ordre de 400 ppm en COaCa, mais souvent elle dépasse 500 ppm ou diminue jusqu'à 300 ppm.

5. CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES DES NAPPES AQUIFÈRES

Durant l'année 1965, on a mené une campagne intensive de prise d'échantillons dans toute la zone du delta. Quelques 500 analyses d'eau ont été ainsi effectuées. Par la suite, d'autres échantillons ont été pris dans certains puits afin d'observer si des changements notables ne se seraient produits. On a également obtenu de quelques industries des analyses périodiques durant une longue série d'années, ce qui nous a permis de voir les tendances à long terme.

Les figures 5a et 5b contiennent respectivement l'information sur les caractéristiques chimiques de la nappe aquifère superficielle et des nappes profondes. Pour la repré­sentation, on a choisi un système semblable à celui employé par Stiff (Stiff 1951) pour les eaux des gisements de pétrole, mais plus réduit et avec un ordre différent des anions et cations. Le type d'interprétation est clairement indiqué dans les figures.

5.1. Nappes aquifères superficielles

On peut observer que la nappe aquifère superficielle est nettement hétérogène en ce qui concerne les caractéristiques chimiques de l'eau, sans doute à cause des diverses sources d'alimentation, des différents degrés de concentration de sels, par la variation des excédents d'irrigation et l'influence plus ou moins grande des agents de pollution. La zone centrale du delta contient des eaux de mauvaise qualité avec des teneurs élevées en Cl - , SOJ" et CO3H - . En première approximation, ces eaux peuvent être considérées comme semblables à celles du fleuve, mais plus concentrées, ce qui n'est pas étonnant si elles sont le résultat d'irriguer par un canal qui dérive l'eau du fleuve.

Dans le bord occidental du delta, les eaux sont encore plus chargées en chaux. Elles sont fortement chlorurées sodiques et sulfatées calcico-magnésiques. La présence de ces eaux d'une si basse qualité peut s'expliquer en tenant compte du fait que nous sommes dans une zone d'irrigation par des puits avec une cote sur le niveau de la mer souvent inférieure à 1 m et par conséquent avec un drainage naturel très déficient. Dans ce cas nous avons donc un cycle fermé de pompage — irrigation — infiltration, où les eaux se concentrent en sels par evaporation. Dans la bordure montagneuse on obtient des eaux de meilleure qualité, qui contiennent nettement du carbonate calcique. Ce sont des eaux provenant de l'infiltration du ruissellement du massif montagneux. La présence d'eaux semblables à celles du fleuve (voir les diagrammes des puits de la zone de Sant Feliu de Llobregat) dans les environs des villages de Gava et Viladecans s'explique par le fait que ces villages sont en partie approvisionnés avec de l'eau superficielle du Llobregat pompée jusque-là et qui s'infiltre par fuites du réseau et des canaux de déver­sement.

Sur le bord oriental, l'eau provient de l'infiltration des excédents d'irrigation et elle ressemble par conséquent à l'eau du fleuve. Même dans les nappes aquifères de Hospitalet, les caractéristiques sont analogues car elles s'alimentent, à travers des fuites du réseau de distribution, d'eau provenant du Llobregat et de pertes des déversements.

146

5.2. Nappes aquifères profondes

L'observation de la figure 5b permet de constater une coïncidence des caractéristi­ques chimiques des eaux sur les bords du delta et dans la vallée. Il fallait s'attendre à cette coïncidence puisqu'il n'existe là qu'une nappe aquifère, ou avec une séparation très faible de la nappe aquifère superficielle. Dans le reste du delta, les différences avec la nappe aquifère superficielle sont très marquées, car il s'agit d'eaux dont la teneur en sels est bien inférieure. Même dans le centre du delta on trouve une zone avec des eaux beaucoup moins minéralisées que celles du Llobregat, bien que la teneur en chlorures soit semblable à la teneur en ion bicarbonate et très légèrement supérieure à la teneur en ion sulfate.

Dans la zone côtière comprise entre l'extrémité occidentale et l'aéroport, les eaux sont clairement chlorurées sodiques. Une zone semblable apparaît aussi entre l'aéroport et le Llobregat. Dans cette dernière zone, on relève également des phénomènes très clairs de réduction des sulfates soutenus par d'abondants résidus organiques végétaux dans les limons voisins de la nappe aquifère. Il est à signaler que dans cette zone les fuites de gaz combustible sont fréquentes au moment des perforations et que parfois les eaux et les graviers présentent ou ont présenté des caractères suif hydriques. D'autre part, ces eaux sont ferrugineuses. Elles atteignent parfois 2 ppm de Fe2 O3. Les données disponibles permettent de croire que le phénomène de réduction des sulfates est très rapide.

Dans la figure fa, le plan des lignes de teneur égale en chlorure de la nappe aquifère profonde permet d'apprécier les particularités déjà expliquées et notamment les teneurs en chlorures très élevées aux extrémités occidentale et orientale du delta.

Dans la figure 6b est représenté la carte avec des lignes de dureté égale des nappes aquifères profondes. Cette carte permet de constater que la dureté est très forte dans la bordure orientale du delta, avec des duretés pouvant dépasser 2.000 ppm en CO3 Ca et des teneurs en sulfate pouvant dépasser 1.000 ppm en SÛ4=. Ainsi que nous l'avons

Fig. 6a — Carte avec courbes d'isochlorures des eaux souterraines de la nappe aqui­fère profonde du delta. D'après Custodio (1966).

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indiqué, à notre avis l'explication doit être cherchée dans une forte recirculation des eaux. Cette hypothèse trouve encore un appui dans la forme de la superficie piézomé-trique de cette zone. La teneur en ion bicarbonate (jusqu'à 1.000 ppm) peut être expli­quée par une tension élevée de CO2 dans le sol agricole qui serait une conséquence de la recirculation et de l'intense activité biologique des sols.

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Fig. 6b — Carte avec courbes d'isodureté des eaux souterraines de la nappe aquifère profonde du delta. D'après Custodio (1966).

La figure 5b montre bien les zones de réduction des sulfates. La représentation de l'indice d'échange de bases (Schoeller 1956) nous a permis de

dessiner la figure 7a où l'on observe facilement que la plus grande partie de la zone centrale du delta, est occupée par des eaux à indices positifs tandis que la bordure orien­tale et la zone côtière du centre occidental sont occupées par des eaux à indices négatifs. Il semble facile d'associer les indices positifs aux parties quaternaires de la nappe aqui­fère profonde et les indices négatifs à la partie pliocène. Cela n'est pas étonnant puisque le pliocène est très argileux et a un caractère littoral ou marin. Il faut donc s'attendre à des phénomènes d'échange de bases qui réduisent la teneur des eaux en alcalinoter-reux. La nappe aquifère quaternaire peut avoir uniquement de l'eau à indice négatif si l'apport à travers les nappes aquifères pliocenes sous-jacentes est notable. L'eau du fleuve Llobregat peut avoir un indice positif on négatif et comme conséquence la partie de la nappe aquifère quaternaire directement affectée peut avoir un indice positif ou négatif.

Dans la zone côtière, l'indice négatif d'échange de bases peut être élevé en valeur absolue (plus négatif que —0,20). Les valeurs clairement positives de l'indice d'échange de bases qui se produisent dans le zone littorale occidentale sont également associées à des terrains pliocenes, mais dans ce cas ils sont le fait de l'eau marine qui pénètre dans la nappe aquifère et non pas le résultat de l'interaction de l'eau douce avec les sédiments.

Dans la figure 7b est dessiné le plan des courbes de rapport égal magnésium/calcium (les concentrations en meq/1). Cette carte ressemble fortement à l'indice d'échange de

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bases (fig. 7a) car les valeurs les plus élevées correspondent aux indices négatifs. L'interprétation possible est que dans l'échange de bases d'alcalinoterreux par des alcalins, le calcium est plus facilement substitué que le magnésium. Il semble toute­fois que cette explication n'est pas valable pour tout le delta. Les valeurs élevées de ce rapport dans les eaux proches de Viladecans doivent plutôt être interprétées comme un effet de précipitation de COsCa dans les eaux d'infiltration, ce qui entraine par con­séquent un enrichissement en magnésium. Cette hypothèse coïnciderait avec les valeurs positives de l'indice de changement des bases qui ne paraissent pas mettre en évidence des phénomènes d'échange ionique.

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AQUIFERE PROFOND D'après CuslodioH,966)

Fig. 7a — Carte avec courbes d'égal index d'échange de bases des eaux souterraines de la nappe aquifère profonde du delta. D'après Custodio (1966).

5.3. Variations temporaires dans les caractéristiques chimiques des eaux

5.3.1. Variations à court terme :

Comme il est logique, les caractéristiques chimiques des eaux de la nappe aquifère profonde sont relativement constantes sauf dans la partie comprise entre l'aéroport et le Llobregat, où l'on peut relever en quelques mois des variations au-dessus de 20%, et sur les bords du delta, où les fluctuations sont notables. En ce qui concerne la nappe, aquifère superficielle, les variations peuvent parfois dépasser 50% dans les ions princi­paux.

Dans la nappe aquifère de Cornelia (embouchure du delta), on relève assez claire­ment les variations dans la qualité chimique de l'eau du Llobregat, avec toutefois un déphasage de 9 à 12 mois. Des variations de 20% en quelques mois sont normales, ainsi que le prouve la figure 8a. En bordure Nord du Prat de Llobregat, il existe égale­ment des fluctuations, mais moins marquées (voir fig. 8b).

Dans les puits industriels de l'extrémité orientale du delta, les variations supérieures à 20% sont également fréquentes.

149

5.3,2. Tendances

La tendance générale, aussi bien pour les eaux des nappes aquifères profondes que pour les eaux des nappes aquifères superficielles, est à une dégradation continue, ainsi qu'on peut le constater en examinant les figures 8a et 8b. Les seules zones où la qualité de l'eau semble demeurer constante se trouvent dans la partie centrale de la nappe aquifère profonde, où les eaux ont une salinité réduite.

Fig. 7b — Carte avec courbes d'égal rapport magnésium à calcium des eaux souter­raines de la nappe aquifère profonde du delta. D'après Custodio (1966).

6. HYPOTHÈSE DE RECHARGE DE LA NAPPE AQUIFÈRE PROFONDE SUR LA BASE DES

CARACTÉRISTIQUES CHIMIQUES

Tout au long de cet exposé, plusieurs hypothèses ont été émises au sujet de l'ali­mentation des nappes aquifères. Dans les paragraphes sur le rechargement des nappes aquifères, nous avons avancé quelques idées que nous allons essayer de confirmer.

En raison de la grande ressemblance de leurs particularités chimiques (voir fig. 5a et Sb), on ne saurait mettre en doute les rapports existants entre les zones latérales des nappes aquifères superficielle et profonde. Nous n'avons pas cru indispensable de reproduire ici les plans correspondant aux teneurs en ion nitrate des deux nappes aquifères, mais on a pu constater la réalité de ce rapport par suite de la présence dans les deux nappes de concentrations élevées d'ion nitrate (jusqu'à 150 ppm en NC>3~) provenant à notre avis de de 1 infiltration des eaux résiduelles et des engrais. La teneur en ion nitrate est presque toujours inférieure à 5 ppm en NÛ3- dans le reste de la nappe aquifère profonde, mais ce n'est pas le cas dans la nappe superficielle.

La présence d'eau à très grande dureté qu'on observe dans la zone située au Sud de Cornelia (fig. 5b) peut être expliquée par l'infiltration des eaux de la nappe aquifère superficielle. On peut également chercher une explication similaire pour les eaux plus salines du côté centre occidental.

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Dans la figure 9 on a représenté les lignes de valeurs égales du paramètre kr = ^yOCOaH)2 • 0'Ca) (r = concentration en meq/l). Schoeller 1956), pour la nappe aquifère profonde où les zones de valeurs élevées doivent être interprétées comme un effet de l'infiltration de la nappe aquifère superficielle. À côté des zones déjà indi­quées, d'autres zones d'infiltration possible semblent se dessiner faiblement près de l'aéroport et entre la lacune de « La Ricarda» et le Llobregat. Il s'agit peut-être de zones où la perméabilité verticale des limons voisins est plus grande parce qu'ils sont plus sablonneux. En général, on peut considérer, conformément à cette théorie, que toute la zone située au Nord d'une ligne qui passerait par l'aéroport, le Prat de Llobre­gat et le centre de Barcelone est soumise à une notable infiltration verticale.

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Fig. 8a — Variations temporelles des caractéristiques chimiques des eaux de la nappe aquifère unique de la vallée basse à l'étranglement de Cornelia. Données de la Sociedad General de Aguas de Barcelona et du Laboratorio Municipal de Anâlisis de Barcelona.

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Fig. 8b — Variations temporelles des caractéristiques chimiques des eaux de la nappe aquifère captive profonde de la bordure nord du Prat de Llobregat (centre du cône de dépression piézométrique central). Données de La Seda de Barcelona.

7. RELATIONS AVEC L'EAU DE MER

Étant donné la bonne alimentation de la nappe aquifère superficielle et le fait que les pompages se réduisent et s'éloignent de la côte, il n'est pas étonnant qu'il n'existe pas d'intrusion marine. C'est uniquement dans les zones limitrophes des lacunes et de l'embouchure du fleuve qu'on trouve des eaux salines par contamination de l'eau de mer. Là, le gradient hydraulique est plus tendu et on remarque l'effet de coin salin dans les eaux superficielles avec diffusion occasionnée par la marée (très faible en

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Méditerranée). En général, les lacunes reçoivent des apports d'eau des canaux et des déversements, de telle sorte que leurs eaux sont douces presque jusqu'à la barre côtière.

Bien que les niveaux de la nappe aquifère profonde sont souvent inférieurs à ceux de la mer, depuis plus de 15 ans on n'enregistre pas dans la zone côtière centrale d'indice clair d'intrusion saline. De nombreux puits situés sur la plage même continuent à donner une eaux qui ne présente aucun symptôme de contamination. Par contre, dans d'autres zones proches (voir fig. 6a), la teneur en chlorures est un peu plus élevée que dans les puits plus éloignés de la côte, mais l'accroissement parallèle de la dureté et de la teneur en bicarbonate fait plutôt penser qu'il s'agit d'un effet de l'infiltration verticale d'eau plus saline de la nappe superficielle. Il y a également la possibilité d'une contamination à travers le sous-sol pliocène, mais nous manquons de données suffi­santes pour appuyer cette hypothèse.

Fig. 9 — Carte avec courbes de valeur égal du paramètre ^Jkr = (rCOsH)2 (rCa); (/- = meq/l)

des eaux de la nappe aquifère profonde du delta. D'après Custodio (1966).

Le problème présente un aspect différent si l'on étudie les bords du delta. En bordure occidentale, les nappes aquifères pliocenes peuvent être considérées salines. Elles dépas­sent 800 ppm en Cl~ et la courbe de 1.000 ppm pénètre jusqu'à 1,5 km dans le delta. On peut donc parler d'une effective intrusion marine. En ce qui concerne la bordure orientale, nous possédons à peine des données, car il n'existe pas de puits profonds et le groupe de piézomètres installés pour étudier l'intrusion a été inutilisé par la mer, avant qu'ils puissent fournir des données. Un autre groupe de piézomètres a fait apparaître de l'eau avec plus de 2.000 ppm en Cl - et dans les puits de la zone industrielle on constate depuis 10 ans un lent accroissement de la teneur en chlorure. À l'époque actuelle, on a atteint des valeurs proches de 500 ppm en Cl - . Il ne semble donc pas hasardeux de parler d'une zone d'intrusion saline effective en bordure occidentale du delta, surtout tenant compte du fait qu'il existe dans cette zone une accumulation de plus de 50 m de sables sans intercalations peu perméables importantes.

Les indices de salinité montrent un accroissement de celle-ci en fonction de la profondeur, mais nulle part apparaît une interphase définie.

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En résumé, nous pouvons affirmer qu'il n'existe pas d'intrusion marine propre­ment dite dans la nappe aquifère superficielle ni non plus dans la zone centrale de la nappe aquifère profonde. Par contre, cette intrusion a été observée dans les zones latérales. Il est à noter que la salinisation des nappes aquifères du delta voisin du Besôs semblent avoir suivi une évolution identique.

8. ORIGINE ET ÂGE DES EAUX DE LA ZONE CENTRALE DE LA NAPPE AQUIFÈRE PROFONDE

DU DELTA

On a déjà signalé que les eaux de la zone centrale de la nappe aquifère profonde du delta sont beaucoup moins minéralisées que les eaux du reste du delta. Le problème se pose de connaître l'origine de ces eaux. La réponse doit être cherchée dans le passé, lorsque la qualité chimique de l'eau du Llobregat et de la nappe aquifère superficielle, alimentée presque exclusivement par la pluie, était bien meilleure. Les analyses chi­miques anciennes indiquent qu'une telle situation peut être retrouvée vers 1940, époque à laquelle le fleuve était peu pollué car les industries étaient arrêtées à cause de la guerre civile espagnole. Mais probablement il ne serait pas exagéré de fixer le début du siècle comme date la plus proche. Rappelons qu'au début du siècle la nappe aquifère profonde avait des niveaux jaillissants. Par conséquent, la nappe aquifère superficielle était alimentée par les infiltrations verticales de la nappe profonde, contrairement à ce qui arrive actuellement. L'alimentation de cette nappe aquifère profonde doit être cherchée dans des endroits avec des cotes supérieures à 7 m. Les données disponibles indiquent ce niveau absolu pour l'eau jaillissante (Santa Maria y Marin et Bertran de Lis, 1909). Ainsi l'infiltration devait se produire dans la basse vallée du fleuve et en quantité suffisante pour compenser les fuites de la nappe aquifère.

Fig. 10 — Carte avec courbes d'égal valeur du teneur en tritium des eaux de la nappe aquifère profonde du delta. D'après Custodio (1966). Les analyses ont été faites à l'I. A.E. A. à Vienne. Les données sont exprimées en unités tritium (T.U.) (1 T.U. = 10-1 8 T/H).

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Pour confirmer cette hypothèse sur l'âge des eaux par l'étude de leurs caracté­ristiques purement chimiques, on a pris 14 échantillons d'eau, dont 13 provenant de la nappe aquifère profonde, dans des puits offrant les garanties nécessaires, et l'on a déterminé leur teneur en tritium. Les résultats sont représentés dans la figure 10.

L'échantillon correspondant a l'étranglement de Cornelia fait apparaître une valeur plus élevée, ce qui confirme la supposition suivant laquelle l'eau pompée dans cette zone provient directement du fleuve avec une période de permanence dans la nappe aquifère inférieure à 2 ans, d'après la valeur de sa teneur en tritium, et de l'ordre de 1 an si l'on compare les caractéristiques chimiques de la nappe aquifère de cette zone avec celles du fleuve.

Dans le reste du delta, les valeurs de la teneur en tritium sont basses mais non nulles comme on aurait pu s'y attendre. Cette présence de tritium ne détruit pas l'hypothèse selon laquelle l'eau du Llobregat est ancienne, car ce tritium est parvenu à la nappe aquifère profonde par le rechargement par infiltration verticale. En effet, la teneur en tritium est d'autant plus grande que l'on approche de la grande dépression piézomé-trique de Prat de Llobregat. Admettre cette supposition revient à accepter un rechar­gement vertical important, ce qui coïnciderait avec nos points de vue sur le rechar­gement des nappes aquifères.

On ne peut admettre que l'infiltration verticale s'effectue par « piston flow ». C'est une dispersion hydrodynamique importante qui aura permis l'accès de quantités appréciables de tritium dans la nappe aquifère, sans que la qualité chimique des eaux de celle-ci ait été sensiblement modifiée.

Il n'y a pas de données permettant d'établir une hypothèse sur la stratification de l'eau en fonction de son âge. Il ne faut pas s'attendre à ce que cette stratification existe dans les zones proches de la côte, en raison de la faible épaisseur de la nappe aquifère. Dans les zones où la nappe aquifère a quelques dizaines de mètres d'épaisseur, une telle stratification pourrait exister, mais ces zones sont très perturbées par les pompages et les échantillons pris dans les piézomètres n'indiquent pas, du moins actuellement, de variations sensibles de la qualité en fonction de la profondeur. Les données disponi­bles sur les niveaux aquifères pliocenes sous-jacents sont très peu nombreuses et ne permettent pas de former une hypothèse.

9. HYPOTHÈSE SUR L'ÉVOLUTION POSSIBLE DE LA QUALITÉ CHIMIQUE DES EAUX

Si nos hypothèses sur le rechargement de la nappe aquifère profonde sont exactes, on peut affirmer que les eaux peu salines du centre du delta verront s'accroître len­tement mais progressivement leur teneur en sels, ainsi qu'il est arrivé dans la bordure Nord de Prat de Llobregat, et ceci d'autant plus rapidement que le pompage sera intense. '

En ce qui concerne les rapports avec l'eau de mer, il faut s'attendre à une salini-sation progressive des nappes aquifères latérales, salinisation qui atteindra finalement toute la nappe aquifère. Le phénomène se trouvera accéléré sur le bord occidental par la construction d'un nouveau port industriel dans cette zone. Ce port exigera l'excavation de havres de 15 m de profondeur, avec une pénétration vers l'intérieur allant jusqua'à 1 km.

La pollution accrue du fleuve, des canaux et des déversements, et l'utilisation pour l'irrigation d'eau de plus en plus contaminée, peuvent provoquer une augmentation notable de la teneur en sels dans la nappe aquifère superficielle, avec les répercussions correspondantes, à plus ou moins longue échéance, sur la nappe aquifère profonde. De même, l'existence de pompages intenses dans les zones latérales peut continuer à créer des zones de draînage interne qui maintiendront et étendront le phénomène d'accumulation des sels.

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Cette évolution peut être modifiée par une planification correcte de l'exploitation et par un programme de recharge de la nappe aquifère avec les excédents d'eau du Llobregat au moment des crues.

Une meilleure épuration des eaux versées dans le Llobregat et un contrôle plus effectif contre la pollution, permettraient d'obtenir une eau de qualité tolerable et dont les excédents pourraient être utilisés pour la recharge induite des nappes aquifères. Ainsi seraient atteints les deux buts poursuivis : maintenir dans des limites tolérables la qualité de l'eau souterraine du delta et utiliser les nappes aquifères comme réservoir régulateur au même centre de consommation.

Les eaux résiduelles, préalablement et convenablement épurées, pourraient être utilisées pour produire une barrière contre l'intrusion marine et pour recharger les nappes aquifères latérales où les eaux souterraines sont surtout employées pour la réfrigération. Dans ce cas il faut utiliser seulement une partie des eaux résiduelles épu­rées en quantité et en qualité telles qu'elles n'entraînent pas une salinisation de la nappe aquifère par accumulation de sels ni une pollution par montée de température.

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