Aspects qualitatifs

Géochimie des aquifères : minéralisation caractéristique

_{Carte : Minéralisation et pH des eaux souterraines}

Cette partie a pour but de caractériser les états de référence géochimique des eaux souterraines. Elle consiste principalement en une série de statistiques tirées des résultats des analyses réglementairement transmises pour les prises d'eau potabilisable dont la production est importante.

Les résultats présentés au tableau 5 résultent d’une compilation des analyses transmises par les producteurs d’eau pendant la période 1994-2000 concernant 550 sites de captage pour un total de 2 200 analyses des composés minéraux. La composition d’ensemble en éléments majeurs a été établie sur base des valeurs moyennes observées.

_{Tableau 5 : Composition géochimique moyenne en éléments majeurs sur base de la compilation de 2 200 analyses transmises par les producteurs d’eau pendant la période 1994-2000 et représentant 550 sites de captage.}

La composition des eaux carbo-gazeuses est donnée à titre de comparaison ; il est nécessaire de tenir compte du fer pour équilibrer la balance ionique de ce gisement particulier.
Les variations mesurées au sein d'un aquifère ne sont pas négligeables; les écarts types sont en général de l'ordre de 25 % de la composition moyenne pour les paramètres repris ci-dessus.

La représentation minérale des aquifères sous la forme d’un diagramme ternaire de Piper (à l'aide du logiciel DIAGRAMMES du Laboratoire d'hydrogéologie d'Avignon) indique qu’il y a peu de diversité : la grande majorité des eaux (y compris celles des sables bruxelliens et des graviers de la Meuse) sont du type bicarbonaté calcique, à l’exception de celles du socle et du massif ardennais (Aq10 et Aq13) qui sont très peu minéralisées (cf. Spa Reine). Seul le gisement carbo- 1 à l’aide du logiciel DIAGRAMMES du Laboratoire d’hydrogéologie d’Avignon gazeux (cf. Bru-Chevron) possède un caractère particulier (Figure 8).

La charge minérale de chaque type d’eau, qui n’est pas représentée sur le diagramme précédent, est reprise dans le tableau 6 avec d’autres caractéristiques physico-chimiques essentielles que sont le pH, la conductivité à 20 degrés en µS/cm (K20), la dureté totale en degré français (TH), l'oxygène dissous en mg/l (O2) et l'anhydride carbonique libre (CO2) en mg/l. Il est intéressant de comparer le résidu sec (ReS, mg/l, paramètre mesuré à 180°C, après transformation des bicarbonates) et les solides dissous totaux (TDS, mg/l, paramètre calculé à partir de la minéralisation, sans tenir compte de la transformation des bicarbonates).

Normalement, le rapport ReS / K20 avoisine 0,75. Quant à l'oxygène dissous, sa diminution corrobore le caractère captif de certains aquifères. Aucune eau ne peut être considérée comme riche en minéraux (telle Contrex ou Vichy, …). La plus chargée est celle des calcaires du Tournaisis suivie de celle des craies du bassin de Mons. Si l'on en exclut les fissures profondes, les nappes ardennaises du manteau d'altération sont très faiblement minéralisées ; elles sont de plus acides et agressives (excès de gaz carbonique), particulièrement les formations du Cambro-silurien (Aq13) dans les régions de Gedinne et des Hautes Fagnes (Carte 7).

_{Figure 8 : Diagramme de Piper}

Source : Francis DELLOYE (SPW Environnement) à base du programme réalisé par Roland SIMLER, Labo. Hydrogéologie - Avignon (France)

_{Tableau 6 : Charge minérale et caractéristiques physico-chimiques essentielles des aquifères wallons principaux}

Géochimie des aquifères: éléments en traces

_{Carte : Teneurs en Fer et en Manganèse dans les eaux souterraines}

Les autres ions que l'on qualifiera de mineurs sont rarement dosés significativement ; le tableau 7 reprend les mêmes statistiques que celles obtenues pour les éléments majeurs en incluant le fer et le manganèse d'origine naturelle et fréquemment rencontrés. L'aluminium et la silice, éléments très généralement non solubilisés, sont également repris dans ce tableau.

_{Tableau 7 : Composition géochimique moyenne en éléments mineurs avec le fer et le manganèse sur base de la compilation de 2 200 analyses transmises par les producteurs d’eau pendant la période 1994-2000 et représentant 550 sites de captage.}

Pour les paramètres du tableau 7, à l’exception de la silice, du strontium et du baryum, les écarts types par aquifère dépassent en général les niveaux de composition moyenne. Les variations locales mesurées peuvent donc être très importantes. Plusieurs aquifères présentent de manière récurrente des teneurs en fer et en manganèse qui nécessitent des traitements de potabilisation (oxydation et filtration sur sable). Ces teneurs sont en général corrélées avec la profondeur dans la nappe ou le caractère artésien. Les teneurs en manganèse relevées sur certains tronçons de la nappe alluviale de Meuse (Aq07) sont attribuées à l’influence des schistes du Houiller. Le fluor est présent principalement dans les parties profondes des calcaires du bord Nord Namurois et du Tournaisis (Aq01 et Aq06). Les craies captives du Brabant (Aq08) contiennent naturellement des concentrations importantes en baryum. Le fluor est présent principalement dans les parties profondes des calcaires du bord Nord Namurois et du Tournaisis (Aq01 et Aq06). Les craies captives du Brabant (Aq08) contiennent naturellement des concentrations importantes en baryum.

Par ailleurs, une étude portant sur les micropolluants minéraux a également été menée à partir des données qualitatives rassemblées pendant la période 1994-2000 en vue de déterminer le " bruit de fond " ou fond géochimique naturel des principaux aquifères. Elle portait sur environ 600 captages parmi lesquels ceux exposés à des contaminations locales ou des singularités géochimiques (gisements métallifères,…) ont été exclus.

Cette étude faisait partie de la préparation du décret sur la protection des sols et son objectif était de déterminer les valeurs de référence VR pour les eaux souterraines, utilisables en tant que valeurs cibles (objectif de qualité optimum) pour l’assainissement des sites contaminés. Dans ce cadre, l’option a été prise de définir une seule valeur utilisable à l’échelle de la Wallonie, tout en repérant les aquifères qui y dérogent pour un nombre non négligeable de captages.

La valeur de référence finalement retenue est un arrondi du 90^e percentile (P90) de la distribution des valeurs moyennes mesurées en chaque élément sur les 600 captages. Lorsque cette valeur est inférieure à la limite de quantification LOQ couramment pratiquée à l’époque par la plupart des laboratoires, la moitié de cette dernière lui est en général substituée. Le tableau 8 reprend également la valeur médiane P50 de cette distribution, soit une valeur moyenne du « bruit de fond ». Toutes les valeurs sont exprimées en µg/l.

_{Tableau 8 : P50 et 90 des valeurs moyennes, mesurées sur 600 captages entre 1994 et 2000, et valeur de référence pour les micropolluants minéraux dans les eaux souterraines}

Cette estimation a pu être affinée par aquifères principaux dans le cadre de la révision de l’annexe XIV du code de l’eau (établissement des valeurs seuils des masses d’eau souterraines), sur base de données qualitatives beaucoup plus nombreuses portant sur plus de 1100 sites surveillés et situés en dehors de zones polluées connues.

Le tableau 9 présente les percentiles 90 obtenus statistiquement par aquifères pour les métaux et le bore en faisant l’hypothèse d’une distribution spatiale log-normale de ces paramètres :

_{Tableau 9 : P90 obtenus statistiquement par aquifère pour les métaux et le bore}

Le cobalt n’est plus soumis à surveillance et aucun aquifère ne dépasse en P90 les nouvelles limites de quantification imposées aux laboratoires en ce qui concerne le mercure (LOQ = 0,1 µg/L) et l’antimoine (LOQ = 1 µg/L).

Les eaux de certains aquifères profonds ou historiquement « miniers » se révèlent un peu plus riches en certains métaux lourds (Aq06, Aq14).

Quant à affirmer une origine naturelle pour ces traces, qui permet d’éventuellement majorer les valeurs seuils pour certaines masses d’eau (par la fixation de valeurs de référence), toute la prudence reste de mise à ce stade de l’analyse. Des composantes anthropiques ne peuvent être exclues localement. Cela apparaît notamment pour le cuivre dans les aquifères plus superficiels et le bore dans la nappe alluviale de Meuse.

Le nitrate dans les eaux potabilisables

_{Carte : Zones vulnérables aux nitrates et concentrations moyennes}

Le nitrate constitue indéniablement l’altération principale des eaux souterraines et son origine est essentiellement due à l’utilisation des engrais. Une surveillance des teneurs en nitrate dans les nappes, systématique depuis 1994 et appelée "survey nitrate", est exercée en application de la directive 91/676/CEE concernant la protection des eaux contre la pollution par les nitrates à partir de sources agricoles. Cette surveillance vise à identifier les zones vulnérables à l’infiltration des nitrates et à contrôler l’efficacité du programme d’action développé par la Région depuis 2002, appelé Programme de Gestion Durable de l’Azote en agriculture (PGDA).

La surveillance des nitrates dans les eaux souterraines est organisée, pour 70%, réglementairement par les producteurs d’eau (1) destinée à la consommation humaine qui sont tenus de transmettre régulièrement les résultats des analyses au niveau de leurs captages et, pour 30%, par la DESo (réseau patrimonial (2) dans les nappes à risque et moins exploitées, notamment les sables thanétiens des Flandres et le Crétacé du Pays de Herve), les prélèvements et les analyses étant réalisés par l’Institut Scientifique de Service Public – ISSeP.
La carte 9 montre les résultats du "survey nitrate" complet le plus récent (2016-2019). Parmi les données transmises par les producteurs, les résultats concernant les nappes très profondes ou captives ont été éliminés, de même que les points redondants (sélection d'un ou de quelques points parmi les puits d'une batterie de captages).

Etat des principaux aquifères

La figure 9 regroupe les informations par nappe d’eau souterraine et détaille le nombre et la proportion de sites de contrôle par classe de teneurs en nitrate. Les constats réalisés par la DESo durant la période 2016-2019 sur le réseau de mesure des alluvions de l'Escaut (Comines-Warneton) s'avère plus préoccupants que la situation des deux premières zones vulnérables désignées en 1994 (Crétacé de Hesbaye et sables bruxelliens).

_{Figure 9 : Dispersion des teneurs moyennes en NO3 par site (Survey 2016-2019, 838 sites)}

Viennent ensuite sept aquifères dont au moins la moitié des sites de contrôle dépassent le niveau-guide européen des 25 mg/l. La plupart présentent partiellement ou localement des teneurs élevées et plusieurs dépassements de la norme de 50 mg/l : il s'agit des Craies du Pays de Herve, des Sables thanétiens et landéniens, des Craies du bassin de Mons, des Sables thanétiens et landéniens, du Massif schisto-gréseux du bassin de Dinant, des Calcaires et grès du massif de la Vesdre, des Calcaires carbonifères du bassin de Dinant et des Craies captives du Brabant.

Les nappes des Calcaires dévoniens du bassin de Dinant, des calcaires du bassin de Namur, du Sud Luxembourg et du socle ardennais apparaissent moins, voire peu exposées à des pressions agricoles, tandis que les aquifères du socle du Brabant et des calcaires du Tournaisis demeurent de bonne qualité par suite de la présence de couvertures imperméables ou d’éléments réducteurs comme le fer.

Et qu'en est-il pour le phosphore ?

Contrairement au nitrate, le phosphore d'origine agricole ou domestique ne constitue pas à ce jour une altération pour les eaux souterraines.

Zones vulnérables

Les zones vulnérables sont des périmètres de protection des eaux souterraines contre les nitrates d'origine agricole. Le 1er janvier 2013 a vu l'adoption de l’extension des zones du Pays de Herve et du Sud Namurois. L'ensemble des zones vulnérables aujourd'hui désignées (Sables bruxelliens, Crétacé de Hesbaye, Sud Namurois, Comines-Warneton, Pays de Herve et Nord du sillon Sambre et Meuse) permet de couvrir 9 596 km², soit près de 57% du territoire wallon ou 91% des volumes prélevés en eaux souterraines pour la distribution publique. Mais surtout, ces zones reprennent la totalité des captages échantillonnés dépassant la norme des 50 mg/l et 86% des captages dont la teneur en nitrate est comprise entre 25 et 50 mg/l.

Evolution des teneurs

Le graphique de la figure 10 présente les indicateurs construits à partir des concentrations annuelles moyennes (2 à 12 analyses par an), agrégées pour un ensemble de sites répartis dans les différentes zones vulnérables. Ces indicateurs font partie du tableau de bord du PGDA.

_{Figure 10 : Indicateur de tendance du survey nitrates en zone vulnérable entre 1992 et 2022}

On observe de 1993 à 2002 une tendance à la hausse statistiquement significative dans les territoires qui, entre-temps, ont fait l'objet de la désignation de zones vulnérables. Cette tendance n'est pas forcément liée à une augmentation de la pression agricole mais peut s'expliquer par d'autres mécanismes tels la remontée des nappes, intégrant l'accroissement des précipitations pendant la période considérée.
Depuis 2003, les valeurs moyennes de concentration en nitrate semblent s’être stabilisées et montrent même, pour les Sables bruxelliens et le Crétacé de Pays de Herve, une décroissance respective de 0,2 et 0,5 mg/l par an. Cependant, les nappes dont le délai de transfert sol-nappe est plus long (Crétacé de Hesbaye) ne présentent globalement encore aucun signe d’amélioration.

Voir aussi "Teneurs en nitrate dans les eaux souterraines", sur le site de l'Etat de l'environnement wallon.

1. La contribution des producteurs d’eau porte sur toute prise d’eau souterraine potabilisable en activité, dont le volume produit dépasse le seuil de 100 m3 en moyenne journalière et toute prise d’eau souterraine non potabilisable en activité, dont le volume dépasse 1000 m3 en moyenne journalière.

2. Le réseau patrimonial réunit des sites de contrôle où sont implantés des piézomètres, des sources non exploitées, des puits de particuliers ou d’autres catégories de prises d’eau que celles faisant partie de la contribution des producteurs d’eau.

Les pesticides dans les eaux potabilisables

_{Carte : Impact de l'atrazine durant la période 1994-2000}

_{Figure 11 : Teneurs en pesticides dans les eaux souterraines (depuis janvier 2006 ; réseaux DCE et additionnel)}

Pesticides pertinents

Depuis une vingtaine d'années, une centaine de pesticides, y compris certaines substances dont l’usage est aujourd’hui interdit, sont recherchés dans les eaux souterraines destinées à la consommation humaine.

Ce sont les herbicides qui sont responsables de la majorité des problèmes posés aux producteurs d’eau potable, qu’ils soient d’usage agricole ou non agricole. L’atrazine (culture du maïs) est interdite depuis septembre 2004 mais cette substance et ses métabolites (dont la déséthylatrazine), de par leur mobilité et leur persistance dans l’eau souterraine, restent les substances les plus fréquemment retrouvées. Plusieurs autres contaminations sont dues à l’utilisation des substances suivantes : bentazone (usage agricole restreint), bromacile, diuron et simazine (herbicides totaux), isoproturon et chlortoluron (céréales).

Le 2,6-dichlorobenzamide (BAM), produit de dégradation du dichlobenyl (herbicide total, notamment utilisé dans les cimetières) n’est mesuré que depuis 2003 mais son impact sur les eaux souterraines est alarmant ; toutefois la question de la pertinence de ce métabolite en matière de santé publique n’est pas établie.

La carte 10 reprend la situation observée pour l'atrazine durant la période la plus critique. Elle illustre bien la pression anthropique exercée à l'époque et la vulnérabilité (voir planche IV.3) des eaux souterraines dans les sous-bassins hydrographiques de la Senne, de la Sambre et de la Haute Meuse (voir aussi la Carte 14 Cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines).

Pour une vue d'ensemble plus homogène, actualisée et représentative de l'impact des pesticides en Wallonie, consulter la carte 18 Indice de qualité pour les pesticides sur le réseau DCE.

Voir aussi "Pesticides dans les eaux souterraines", sur le site de l'Etat de l'environnement Wallon.

Impact des pesticides sur la production d’eau potable

La problématique des pesticides n’atteint pas l’ampleur de celle des nitrates mais elle se règle, quant à elle, rarement par des dilutions et mélanges d’eau ; très souvent, le dépassement de la norme de potabilité comporte des pics de concentration et se solde par l’abandon du captage ou, lorsque celui-ci est stratégique, par l’installation d’un traitement par adsorption sur charbon actif. Entre 2000 et 2022, 12 sites de prises d'eau ont été déclarées hors service pour cause de pollution par les pesticides (1,5 Mm³ impactés). En 2022, près de 56 Mm³ sont traités par charbon actif, soit près de 20% du volume total annuel prélevé pour l'eau potable dans les eaux souterraines wallonnes.

Evolution de la situation

Les herbicides semblent avoir fait leur apparition dans les nappes wallonnes à des niveaux notoires au début des années 90 mais il faut rappeler que c'est depuis lors que les méthodes d'analyse et de détection se sont sensiblement améliorées. Une évolution entre deux décades est esquissée à la figure 12.

_{Figure 12 : Distribution des maxima observés par prise d’eau lors de 3 périodes consécutives}

Suite aux mesures successives prises pour limiter l’usage de l’atrazine, on assiste à une lente réduction de l’impact de cette substance et de ses métabolites (pics plus rares, effet des zones de protection, disparition dans les nappes à réponse rapide). En contrepartie, l’évolution constatée pour la Bentazone est inquiétante. Concernant les herbicides totaux, le Bromacile est plus persistant que le Diuron. Ces substances sont aujourd’hui interdites ou d’usage strictement réglementé. Dans le domaine agricole, Isoproturon et Chlortoluron sont mieux maîtrisés.