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[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA; National audience; L’évaluation de la qualité des environnements fortement anthropisés, tel que le bassin de la Seine, et donc assujettis à des apports chroniques très complexes, constitue un véritable challenge et doit s’appuyer conjointement sur des analyses chimiques du milieu et les réponses du biote face à cette pression. La présente étude propose l’intégration et la synthèse d’un jeu de données pluridisciplinaire varié acquis lors du suivi de trois sites-ateliers le long de la Seine (à l’amont et à l’aval de Paris) au cours de quatre campagnes étalées sur une année, dans le cadre du programme PIREN-Seine (Phase 6). L’analyse repose sur l’application de l’approche « Weight-of-Evidence » consistant à examiner quatre volets ou lines of evidence combinant analyses chimiques du milieu (eau et sédiment), biodisponibilité des contaminants (bioaccumulation) et mesures de biomarqueurs chez des gammares exposés in situ, et réponses de tests de toxicité en laboratoire. Les résultats de chaque LOE reflètent parfaitement le gradient anthropique de la zone d’étude avec des niveaux de contaminations et des perturbations biologiques croissants de l’amont à l’aval de Paris. En se basant sur la moyenne annuelle, le risque environnemental global a pu être classé comme « modéré » pour le site amont et « sévère » pour les deux sites aval. L’analyse a également permis de mettre en évidence une certaine variabilité saisonnière, identifiant la campagne hivernale comme la moins fortement impactée. Le modèle a notamment été affiné par l’utilisation de valeurs de référence et de seuils de réponses issus d’études menées à large échelle géographique et intégrant certains facteurs confondants. La démarche appliquée ici s’est avérée très adaptée et performante, et pourrait représenter un outil d’aide à la décision d’un intérêt indéniable pour les différents acteurs environnementaux dans le cadre d’une analyse du risque environnemental.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; Le transfert des pesticides dans les bassins versants est difficile à appréhender, tant au niveau de l’évaluation des molécules susceptibles d’être détectées que des concentrations mesurées. La diversité des molécules utilisées en agriculture et les doses d’application de plus en plus faibles rendent leur détection au-dessus de la limite de quantification incertaine. La modélisation du transfert des pesticides permettrait d’évaluer la présence de ces molécules. La règlementation des traitements a considérablement évolué ces dernières années, notamment avec la mise en place du plan Ecophyto 2018 qui s’est accompagnée d’un retrait d’homologation des principales substances régulièrement détectées dans les eaux. Dans le cadre du Piren Seine, le couplage du modèle agronomique STICS avec la chaine de modélisation hydrogéologique MODCOU avait permis de montrer qu’il était possible de modéliser le transfert des nitrates sur tout le territoire du bassin versant de la Seine (Gomez et al., 2003). Les développements au sein de la plateforme de modélisation Eau-dyssée ainsi que ceux apportes dans la dernière version de STICS pour la rendre modularisable ont oriente le choix d’y intégrer un module de transfert dédié aux pesticides : Pestics. Les processus affectant le transfert dans les sols des pesticides ont été implémentés au sein de Pestics dans le modèle agronomique STICS. Bien que les premières applications de ce modèle donnent des résultats sensés, des travaux supplémentaires étaient nécessaires pour une évaluation plus précise. Pour cela, un effort a été effectue pour obtenir de nouveaux jeux de données expérimentaux auprès de partenaires scientifiques. En parallèle, un travail expérimental a été mis en place sur le bassin versant de l’Orgeval pour acquérir des données sur une parcelle agricole durant la saison 2012.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; Les pratiques intensives de l’agriculture conventionnelle (AC) des années 70, ont entrainé une contamination nitrique importante des aquifères, des eaux de surface et de l’atmosphère, due aux engrais de synthèse. En effet, les essais de longues durées de l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA) des années 90, qui ont étudié les concentrations sous-racinaires sur grandes cultures AC dans le nord de la France, conduisent à une moyenne de 25 mg N-NO3.L-1 avec ± 4 mg N-NO3.L-1 selon différents types de sols, de cultures et de conditions climatiques, sachant que la norme de potabilité est de 11 mg N-NO3.L-1. Depuis, la directive « nitrates » (1991) qui a mis en oeuvre un code de « bonnes pratiques agricoles » et la directive cadre européenne sur l’eau (2000) qui impose le « bon état » chimique des eaux souterraines d’ici décembre 2015, la question de l’agriculture biologique (AB), qui utilise uniquement des engrais organiques, se pose comme alternative pour limiter les contaminations nitriques. Toutefois les données concernant les réelles contaminations en AB manquent. Pour y pallier, le projet ABAC (DIM ASTREA-AESN) en lien avec le PIREN-Seine s’est donné pour objectif d’équiper des exploitations agricoles et des sites expérimentaux de grandes cultures dans plusieurs pôles pédoclimatiques du bassin de la Seine, afin de pouvoir quantifier les concentrations et flux sous-racinaires dans des systèmes AB du nord de la France. Les pôles pédoclimatiques se situent à ce stade de l’étude à l’est de Paris (Brie, Seine-et-Marne) ; au nord (plateau Picard, Oise) ; au nord-ouest (essai de la Motte, ferme de Villarceaux, Val d’Oise et essai de la Cage, INRA Versailles) ; au sud, dans l’Yonne et l’Essonne. Depuis 2011/2012, deux exploitations ont été suivies en Seine-et-Marne (77) et dans l’Oise (60). Aujourd’hui, ces deux pôles comprennent deux exploitations AB, converties depuis 3 et 10 ans, ainsi qu’une exploitation en AC. Les rotations AB ont une moyenne de huit ans [1.luzerne ; 2.luzerne ; 3.blé ; 4.céréales secondaires ; 5.céréales secondaires ; 6.féverole ; 7.blé ; 8.céréales secondaires] et en AC de 3 ans [1.Blé ; 2. Maïs ; 3.Colza]. Dans chaque exploitation, tous les termes de la rotation sont équipés de six bougies poreuses verticales à une profondeur de 90cm. Les bougies poreuses permettent d’aspirer l’eau sous-racinaire, via une mise-sous vide préalable du dispositif. Les prélèvements sont effectués une fois par semaine dès le début de la saison hydrologique puis tous les quinze jours selon les épisodes pluvieux. Nos premiers résultats (2011-2012) montrent que les concentrations sous-racinaires en AB sont maximales lors des premières pluies drainantes, avec un minimum de 0,6 mg N-NO3.L-1 pour la luzerne de première année et un maximum de 45,5 mgN-NO3.L-1 pour le blé de luzerne. De plus, les deux exploitations présentent des concentrations sous-racinaires similaires selon le type de cultures, soit de 14 mg N-NO3.L-1 pour les blés post 2 ans de luzerne ; 7 mg N-NO3.L-1 pour les céréales post-légumineuses et de 3 mg N-NO3.L-1 pour les légumineuses (luzerne, féverole). Ces résultats sont encore préliminaires mais seront complétés en 2013 pour prendre en compte la variabilité liée aux années climatiques, aux itinéraires techniques AB/AC et aux différents types de sol. L’équipement ainsi que le suivi des différents pôles seront prolongés avec l’aide des agriculteurs et des organismes de recherches (INRA-Laon, INRA-Versailles-Grignon, INRA-Mirecourt, Irstea Antony) et agricoles (FNAB, GAB, Chambre d’Agriculture de Seine-et-Marne, Arvalis) afin de consolider et de multiplier nos premiers résultats.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; En 2006, la France se classait au deuxième rang des pays européens pour sa consommation d’antibiotiques avec 1295 tonnes consommées en médecine vétérinaire et 729 tonnes en médecine humaine (Goossens et al., 2005, AFSSA, 2006). Bien qu’il n’existe pas actuellement de réglementation concernant leur niveau de présence dans les rejets et l’environnement, ces données justifient l’intérêt et la nécessité de définir les sources et le mode de transfert de ces substances pharmaceutiques, afin d’obtenir une meilleure caractérisation de la présence de ces molécules et de leur comportement dans l’environnement. Au cours de la phase V du programme PIREN-Seine, un premier état des lieux de la contamination en médicaments de la Seine a été réalisé, ensuite nous nous sommes intéressés aux sources et aux devenir des antibiotiques dans le réseau hydrographique. Ce rapport présente les travaux d’Eau de Paris et résume les travaux de thèse de F. Tamtam (2008) et T. Dinh (soutenance prévue fin 2011).

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; L'objectif d'une modélisation intégrée est de traiter les problématiques concernant la ressource en eau (en termes de quantité et de qualité) en combinant les différentes disciplines la caractérisant : météorologie, hydrologie, agronomie, biogéochimie, économie. En effet, la ressource en eau est affectée par l’anthropisation, qu’il s’agisse des modifications de l'occupation du sol et/ou les aménagements hydrologiques, ou des activités générant des pollutions ponctuelles ou diffuses qui vont être transférées dans l'hydrosystème en fonction en particulier des caractéristiques météorologiques. Les polluants sont sujet à des processus biogéochimiques qui les conduisent à se transformer en divers sous produits. Ainsi, les différents éléments de l'hydrosystème interagissent les uns avec les autres (Figure 1), ce qui incite les chercheurs à bâtir une modélisation plus intégrée de l'hydrosystème.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA; National audience; Le PIREN-Seine s’intéresse à la présence dans le bassin versant de la Seine de contaminants d’origines agricole, industrielle et domestique depuis une vingtaine d’années. Ces polluants, qui se retrouvent parfois à des concentrations très faibles dans l’eau, peuvent avoir des impacts sur l’homme et l’environnement qui restent peu connus. La présence de ces substances toxiques suscite un intérêt majeur auprès des gestionnaires de la ressource comme des consommateurs. Les perturbations endocriniennes, les effets cancérigènes, la présence de résidus de médicaments sont autant de sujets d’inquiétude largement médiatisés et débattus. Pour garantir la protection de la santé humaine et du milieu aquatique, la réglementation a défini des normes de qualité environnementale, les NQE. En application de la directive cadre sur l’eau, des seuils de concentrations moyennes et maximales ont été édictées par la directive fille 2008/105/EC du 16 décembre 2008 pour les 33 substances prioritaires initialement listées. Des NQE provisoires sont aussi disponibles pour plus de 100 autres substances. Les NQE reposent sur l’évaluation approfondie des effets toxiques en laboratoire de ces molécules. L’écotoxicologie traite des effets toxiques des substances chimiques sur les organismes vivants et l’environnement. Ce thème de recherche est étudié aujourd’hui par les équipes d’écotoxicologie, d’écologie et de chimie du PIREN-Seine, notamment via des études sur trois sites pilotes : le bassin de l’Orge, le bassin de la Vesle et l’axe Seine. Comment mesurer l’impact de ces substances ? Les analyses chimiques étant insuffisantes pour évaluer le risque des substances toxiques dans le milieu, les scientifiques étudient d’autres méthodes. Les bio-essais réalisés en laboratoire en font partie. Regroupant un ensemble très vaste d’essais réalisés sur des échantillons de l’environnement, ils permettent de caractériser le «potentiel toxique», comme la présence des perturbateurs endocriniens et la génotoxicité des masses d’eau. In situ, la bioaccumulation, mesurée sur des organismes «sentinelles» contribue à l’évaluation de l’exposition aux micropolluants. Enfin, les biomarqueurs constituent une solution prometteuse pour diagnostiquer l’impact sur l’environnement des contaminants chimiques.

L’étude des scénarios d’évolution de la ressource en eau (des points de vue qualitatif et quantitatif) selon les différentes contraintes climatiques, économiques ou technologiques passe de plus en plus par la modélisation intégrée des hydrosystèmes. Le projet Eau-dyssée vise au développement d’un tel outil, en s’appuyant sur des modèles disciplinaires et sur l’utilisation du coupleur externe Palm (Piacentini et al, 2003). On se base dans un premier temps sur 4 modèles disciplinaires qui sont en cours d’intégration : le modèle hydrologique MODCOU, le modèle agronomique Stics, le modèle d’offre agronomique AROPA-j, et le schéma de surface atmosphérique Surfex (précédemment ISBA). Ces différents modèles ont déjà fait l’objet de couplages partiels (AROPA-j Stics, ISBA-MODCOU, ISBAStics, Stics-MODCOU). Cependant, ces couplages étaient peu interactifs (il s’agissait bien souvent d’un simple forçage, sans rétroaction possible) et souvent peu évolutifs du fait des modifications insérées pour réaliser ces forçages. Eau-dyssée vise donc au développement d’un couplage interactif, évolutif et modulaire entre modèles experts. Une première phase dans la construction d’Eau-dyssée a consisté à restructurer MODCOU pour le rendre plus modulaire et lui permettre de gérer de multiples interactions (Habets et al., 2008). Une deuxième phase qui vient juste de commencer consiste à réaliser le couplage entre MODCOU et les 3 autres modèles experts au sein d’Eau-dyssée. Cela passe d’abord par la prise en main de ces modèles experts, et par des tests de sensibilités avant d’en arriver au couplage. Ce rapport fait donc le point sur l’état du développement d’Eau-dyssée, avec tout d’abord, les modifications introduites dans le modèle hydrologique MODCOU, puis, le point sur les couplages avec les autres modèles experts.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; Les études antérieures réalisées dans le cadre du programme PIREN-Seine ont permis de mettre en évidence une contamination par les antibiotiques des eaux de surface du bassin versant de la Seine. En France, l’utilisation intensive des antibiotiques en médecines humaine et animale et comme agent prophylactique dans les élevages animaux est à l'origine de cette contamination. Bien qu’il n’existe pas actuellement de réglementation concernant leur niveau de présence dans les rejets et l’environnement, ces données justifient l’intérêt et la nécessité de définir les sources et le mode de transfert de ces substances pharmaceutiques afin d’obtenir une meilleure caractérisation de la présence de ces molécules et de leur comportement dans l’environnement...

Le projet porte sur les zones humides construites (ZHC) ou restaurées pouvant être utilisées comme ouvrages compensateurs (ou atténuateurs de l’impact) de l’activité agricole en milieu rural sur les bassins versants amonts pour diminuer voire éliminer les transferts de contaminants par les eaux de surface jusqu’au milieu récepteur. Les expérimentations portent dans un premier temps sur les eaux issues du drainage agricole qui présente l'avantage de concentrer les eaux en un point donné (maîtrise hydraulique pour le traitement dans les ZHC) mais qui tend à court-circuiter le cheminement naturel de l'eau à travers des zones réputées 'épuratrices' du paysage, comme les zones ripariennes. Plusieurs axes de travail ont été dégagés : - Quel est le devenir des nitrates d’origine agricole (pesticides, nutriments) dans ces zones humides? Quelle est la part de l'eau captée par le drainage, qui peut être dirigée vers ces ZHC, et celle qui s'infiltre sous le drainage ? - Quelle stratégie d'optimisation adopter (gestion hydraulique par l'agriculteur, aménagement des bassins, apport de substrat) pour optimiser le fonctionnement d'une telle zone, en termes d'épuration des eaux ? La zone d’étude se situe à Aulnoy (77), au lieu-dit Chantemerle, au sud du bassin de l’Orgeval. Le bassin agricole drainé est de 35 hectares. La ZHC, instrumentée depuis 2005, est constituée d’une mare et d’un bassin sur une superficie totale de 4155 m2. Les résultats proviennent d'une étude sous convention Cemagref / AESN. Un des enseignements majeurs est la mise en évidence du potentiel d'abattement des nitrates dans un dispositif de ce type puisque sur les quatre campagnes de mesure, une diminution moyenne des teneurs en nitrate entre l'entrée et la sortie de la zone humide est perceptible. Une moyenne de 57 mg/l est mesurée au niveau du collecteur, dans la mare les valeurs moyennes passent à 40 mg/l puis à 27 mg/l dans le bassin. La ZHC permet le traitement du rejet agricole de drainage avec un résultat à priori conforme à l’objectif de “ bon état écologique”. Ces résultats encourageants sont également liés à une pratique agricole raisonnée sur les parcelles. Les expérimentations de dénitrifications semi-potentielles ainsi que les mesures in situ montrent les capacités de dénitrification des sédiments du bassin. Afin de mieux comprendre le fonctionnement hydraulique, écologique, les échanges à l’interface eau-sédiment le modèle BarMan (barrage manager) a été appliqué aux données acquises sur la ZHC. La simulation permet d’explorer le fonctionnement futur des ZHC, et d’optimiser leur fonctionnement. Différents scénarios (profondeur entre 1 et 4 m – occupation du sol entre 0,5 et 5%) ont ainsi été mis en place sous hypothèse de bassins disposés en série le long d'un petit cours d'eau de bassin agricole amont (ex. du bassin de l'Orgeval). La présentation introduira ainsi les premiers enseignements sur une généralisation de ces aménagements à l'échelle de bassin versant sur le contrôle de la contamination par les nitrates.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; L’oxyde nitreux (N2O) joue un rôle important dans l’atmosphère, c’est en effet un gaz à effet de serre très puissant, avec un pouvoir de réchauffement global 296 fois supérieur à celui du CO2 (Forster et al., 2007) et une durée de vie dans l’atmosphère de 120 ans (IPCC, 2006). De plus, dans la stratosphère, le N2O est transformé par photolyse en NO, responsable de la destruction de l’ozone stratosphérique (Derwent, 1999). La plus grande part de N2O est produit par les processus microbiens de nitrification et dénitrification (Firestone & Davidson, 1989; Bouwman, 1990; Bremner, 1997) et l’intensité des émissions de N2O varie avec le climat, les conditions du sol et sa gestion (Skiba & Smith, 2000). En effet, les taux d’émissions de N2O émis par les sols dépendent de complexes interactions entre les propriétés des sols, les facteurs climatiques et les pratiques agricoles (Granli & Bockman, 1994). Les principaux leviers des émissions de N2O sont le contenu en nitrate et ammonium du sol (Ball et al., 1997; Castali & Smith, 1998; Seneviratne & Van Holm, 1998), l’aération du sol et son contenu en eau (Carran et al., 1995; MacKenzie et al., 1998; Teira-Esmatges et al., 1998), la présence de matériel organique dégradable qui promeut l’activité microbiologique (Ineson et al., 1998; Kaiser et al., 1998), le pH et la température du sol (Mahmood et al., 1998). Bien que tous ces facteurs soient bien connus comme contrôlant les émissions de N2O, ils ne sont pas forcément toujours bien corrélés avec ces flux. A cause de la complexité des interactions entre ces différents facteurs, les émissions de N2O montrent de très fortes variations spatiales et temporelles, même diurnes (Schindlbacher et al., 2004). Différents évènement clés peuvent également avoir une grande importance comme la fonte de la neige, qui peut même représenter près de 70% des flux annuels de N2O, particulièrement dans les régions nordiques (Lemke et al., 1998). Bien que les sols soient la source majeure de N2O, ils en sont, en l’état actuel des connaissances, le principal puits (Mahmood et al., 1998; Meijide et al., 2009; Teira-Esmatges et al., 1998).

La forte densité d’ouvrages hydrauliques (vannages, moulins…) sur le bassin de la Seine souligne l'importance des contrôles anthropiques sur le fonctionnement des cours d'eau et, par conséquent sur l'hydrologie et la biogéochimie des zones riveraines. Dans la perspective d’atteindre un bon état écologique des milieux aquatiques, ces zones riveraines et plus largement les zones humides ont un rôle écologique et aussi socio-économique à jouer. C'est donc sur cet aspect "zone humide et qualité des eaux" que ce thème s'articule afin de mettre en évidence les bases d'une ingénierie écologique au service des écosystèmes...

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; La forte densité d’ouvrages hydrauliques (vannages, moulins…) sur le bassin de la Seine souligne l'importance des contrôles anthropiques sur le fonctionnement des cours d'eau...

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; La contamination azotée élevée des aquifères et des rivières du bassin de la Seine a conduit le PIREN SEINE à étudier l’origine, le transfert, et le devenir des flux d’azote d’origine agricole. A cet effet, plusieurs actions ont été entreprises. Tout d’abord un vaste travail d’enquêtes a été mené par l’INRA afin de renseigner les partiques agricoles et les itinéraires techniques à l’échelle du bassin (Benoît et al. 2000; Mignolet et al. 2004; Mignolet et al. 2007). Les résultats de ces enquêtes ont ensuite été dépouillés et rendus utilisables par le modèle STICS (Brisson et al. 1998), qui simule à l’échelle d’une colonne de sol les flux de nitrates infiltrés à la base de la zone racinaire. Une base de données rassemblant l’ensemble de ces éléments a été constituée...

[Departement_IRSTEA]RE [TR1_IRSTEA]RIE / TRANSFEAU; Ce travail se situe à l’interface entre les connaissances acquises à l’échelle de la parcelle drainée et celles acquises à l’échelle de grands bassins. En effet, le drainage artificiel modifie les chemins naturels de l’eau à l’échelle de la parcelle mais aussi à celle du bassin versant en créant une connexion directe entre les sols cultivés et le cours d’eau. Il modifie donc aussi les transferts d’azote à l’échelle du bassin versant. L’objectif de cette étude est de comprendre quels sont les mécanismes de transfert et de rétention de l’azote dans des zones agricoles drainées. L’enjeu est de déterminer à quelles échelles spatiales l’élimination de l’azote a lieu dans ce contexte, de quantifier cette élimination et de caractériser quels sont les processus impliqués.

[Departement_IRSTEA]RE [TR1_IRSTEA]RIE / TRANSFEAU; L’oxyde nitreux (N2O) joue un rôle important dans l’atmosphère, c’est en effet un gaz à effet de serre avec un pouvoir de réchauffement global (PRG) 296 fois supérieur à celui du CO2 sur une période de 100 ans (IPCC, 2001). Sa durée de vie dans l’atmosphère est de 120 ans (IPCC, 2001). Les sols contribuent à 70% aux émissions globales de N2O (Conrad, 1995) avec comme source majeure de production l’agriculture, responsable de 67% des émissions anthropogéniques de N2O (UNFCCC, 2003). Les émissions annuelles globales de N2O-N provenant des sols agricoles fertilisés ont été estimées à 2.8 T (Bouwman et al., 2002). Le N2O est produit dans les sols par les mécanismes microbiens de nitrification et dénitrification (Davidson, 1991 ; Bouwman, 1990 ; Firestone & Davidson, 1989). De nombreux facteurs environnementaux régulent la production de N2O dont les caractéristiques du sol (drainage, texture du sol, contenu en matière organique, pH du sol), le type de culture et les pratiques culturales, les facteurs climatiques et les apports d’azote (Bouwman et al., 2002). Ces émissions de gaz ont de grandes variations spatiales, temporelles et diurnes (Bouwman, 1990, Schindlbacher et al., 2004). Plusieurs recherches ont reconnu en outre, l’importance de la position topographique sur les émissions de N2O (Pennock et al., 1992 ; van Kessel et al., 1993 ; Corré et al., 1996, Pennock & Corré, 2001, Izaurralde et al., 2004). En général, ces études montrent que les émissions de N2O sont plus importantes dans les positions basses que dans les zones de plateau et concluent que la topographie est un facteur de régulation des émissions de N2O à la micro-échelle. Un objectif majeur immédiat de cette étude, menée dans le cadre d’une thèse de doctorat, a pour objectif d’analyser sur le terrain les facteurs environnementaux (texture et contenue en matière organique du sols, type de culture et apports fertilisants) dans un continuum, d’un plateau à la zone riveraine, afin de quantifier les émissions indirectes de N2O (IPCC 2006), notamment celles des zones riveraines, celles des surfaces en eaux ayant fait l’objet d’études dans le cadre de la phase 4 du PIREN-Seine (Garnier et al., 2008 ; Garnier et al., en révision AEE). Un autre objectif au terme de cette phase est de modéliser ces émissions à cette échelle locale du continuum en adaptant un modèle hydro-géologique (du type Cawacs –Modcou-Proses, Mines-Paritech et en le couplant à un modèle d’émission de N2O en parcelle (du type CERES, INRA-Agroparitech).

National audience; La Seine et son estuaire sont étudiés depuis une vingtaine d'années à l'aide de deux programmes scientifiques : Piren Seine et Seine Aval. Ces programmes regroupent des chercheurs de diverses disciplines des sciences de la nature et de la société. Ce croisement de disciplines s'est avéré nécessaire pour comprendre un milieu sur lequel l'homme a une forte emprise, en suivre les évolutions, et proposer des aménagements destinés à contrebalancer les effets des activités ou du moins contribuer à ce que les écosystèmes puissent continuer à assurer leurs fonctions. Au niveau international, la directive européenne sur l'eau établit un cadre pour une politique communautaire de gestion de l'eau douce. Elle fixe l'objectif d'opérer une vigilance pour un bon état écologiques des eaux, état qui est à préserver sinon à restaurer. A travers cet objectif, la question est aussi explicite : que signifie un bon état écologique et quels peuvent en être les marqueurs ? Parmi ceux-ci, les poissons peuvent-ils jouer un rôle ?

On this poster, we present the results of a study realized in the PIREN-Seine research program, where we try to represent mixed watershed hydrological signal using hydrological signal of pure catchments. We work on the Orgeval experimental catchment, a basin followed by Cemagref since 1962. On this catchment, three small different sub-basins were added recently. One of them is completely agricultural, the second has only forest cover, and the third is a mixed one with almost 20% of forest cover and 80% of agricultural land. We measure fluxes of water and elements like nitrate and chlorure and characterize the three types of hydrological behaviours. The hypothesis is that the hydrological signal of the mixed catchment is a combination of the two pure signals from the two others basins. We present the results of linear and non-linear regressions trying to explain the mixed behaviour with the two pure hydrochemical informations and with only one of them. We compare the results using determination coefficient (r²) and Nash & Sutcliffe criterion. It clearly appears, at the elementary catchment scale, that we need (as expected) the pure informations to explain the mixed hydrochemical signal. With linear regression the results are quite good for either low flow or flood. The next step is modelling hydrological signal for mixed catchment at order 3 (Strahler classification), using pure and/or mixed catchments at order 1. It appears that the change of scale changes the relations. To obtain the mixed signal, we need more-linear relation to have a good modelling. We have now four years of hydrochemical information on these three elementary catchments. In the framework of the ACI Cat-Nat research program, in order to have better understanding of hydrological behaviours for flood prevention, we are planning to monitor an additional catchment at the second order to identify where the non-linear behaviour appears during the scale change.; Sur ce poster, nous montrons qu'il est nécessaire d'avoir des signaux hydrologiques issus de bassin purs (agricultural et forestier) pour représenter le signal hydrologique de bassin versant mixte et que changer d'échelle change les relations : pour une bonne modélisation du signal hydrologique mixte d'ordre 3 à l'aide de bassins purs et /ou mixtes d'ordre 1, nous avons besoin d'une relation plus linéaire. Le prochain objectif sera de contrôler un bassin supplémentaire de second ordre pour identifier où le comportement non linéaire apparaît durant le changement d'échelle.

Rapport intermédiaire du contrat PIREN-Seine; National audience; Dans le cadre du PIREN-Seine, notre contribution à l'axe de recherche "Agriculture et apports diffus" consiste à comprendre les dynamiques des activités agricoles sur l'ensemble du bassin de la Seine, afin de mettre en évidence leurs interactions avec la contamination des eaux souterraines par les nitrates. Ce rapport présente des méthodes de description de la diversité des systèmes de cultures (successions culturales et itinéraires techniques) sur le bassin et de leurs évolutions depuis les années 70. Concernant les successions de cultures, nous avons mobilisé des données issues de l'enquête nationale TerUti, ainsi que des modèles de fouille de données temporelles permettant d'extraire des régularités dans des séries temporelles d'occupation du sol (les modèles de Markov caches). Une première typologie des successions de culture a ainsi été réalisée sur les 150 PRA du bassin de la Seine au cours de la décennie 90, et a été confrontée à la répartition spatiale des systèmes de production agricoles représentés par les OTEX. Concernant les itinéraires techniques, les évolutions de techniques culturales ont été caractérisées depuis 1970 à partir d'informations collectées par enquêtes auprès de conseillers agricoles. Après avoir validé cette méthode d'enquête "à dire d'experts" en la confrontant à des données issues d'enquêtes en exploitations, nous présentons une méthode pour typer les itinéraires techniques de 1970 à nos jours pour une culture donnée et pour spatialiser leurs évolutions au cours du temps.

Relationships between routinely measured parameters (such as BOD5) and "research parameters" such as biodegradable forms of organic carbon have been established on the basis of extensive survey of the Seine river basin treated wastewaters. These relationships allow to evaluate the contribution of treated wastewaters to the organic carbon budget at the scale of the Seine river basin., Les expériences menées dans la phase 3 du PIREN-Seine sur les effluents des stations du bassin de la Seine ont montré une variabilité importante de la qualité des effluents, quelque soit le type de stations.La quantité de données récoltées permet d'établir des relations qui prennent en compte cette variabilité. Ces relations seront prises en compte dans les modèles de fonctionnement écologique développés dans le cadre du PIREN-Seine. Les données généralement acquises dans les stations d'épuration (et celles en particulier de l'autosurveillance) seront ainsi traduites en variables d'état du modèle. Ainsi les valeurs de DBO5 et de MES peuvent être transformées en formes de carbone : de particulaire à dissous, de biodégradable à réfractaire.Une spécificité de cette phase a également été d'établir des relations entre ces variables mesurées en routine, i.e. DBO5 et MES, et les compartiments bactériens associés. Les bactéries hétérotrophes qui dégradent la matière organique, incluant les coliformes, s'expriment logiquement en fonction de la DBO5 tandis que les bactéries nitrifiantes, attachées aux matières en suspension, peuvent être représentées en fonction de ces dernières. Les nombreuses analyses effectuées par le SIAAP sur les stations d'Achères et de Colombes,ont permis de définir, pour les années récentes 1999 et 2000, la charge spécifique brute, en phosphore notamment. Alors que les Agences considèrent que cette charge est de 4g P équ-hab j-1, les résultats des analyses montrent clairement que la charge brute est de l'ordre de 2 g P équ-hab j-1, au moins pour les stations de Seine-Aval. L'analyse des charges spécifiques traitées de la station de Colombes et d'Achères montrent clairement que la qualité des effluents rejetés en rivière peut être considérablement améliorée,moyennant la mise en oeuvre de traitements additionnels. L'effet du traitement tertiaire en place à Colombes est à ce titre spectaculaire : les eaux traitées de Colombes ont une charge spécifique azotée de 1.6-1.8 g N équ-hab j-1 contre 9-10 à Achères. Ce rapport d'environ 5, est par ailleurs conservé pour le phosphore, les MES et la DBO5 ; compte tenu des travaux réalisés explicitement sur les compartiments bactériens, les bactéries rejetées dans le milieu récepteur seront donc également à la mesure du traitement.

These results confirm that treated wastewaters are variable from one site to another and according to time. However, self-monitoring data are now more and more available and will help us understanding this variability. Relationships between these parameters and those used in the frame of water quality models (such as biodegradable carbon) were found and will be used for the data bases of the programme.The treated wastewaters were found to contribute significantly to the deposition of particulate organic matter in the Grand Morin., Les résultats exposés dans le rapport confirment le fait que les rejets de station d'épuration sont non seulement très divers selon les installations mais aussi très variables dans le temps. Les raisons de cette variabilité temporelle sont encore obscures mais la généralisation des pratiques d'auto-surveillance permettra certainement dans un avenir proche de mieux l'appréhender. Afin de pouvoir exploiter ces données, nous nous sommes attachés à chercher des relations entre les paramètres" classiques " qui seront mesurés en routine dans ce cadre, et les variables utilisées par le PIREN Seine (en particulier le carbone organique biodégradable). Ces relations, très significatives, sont pour certaines différentes de celles qui avaient été observées sur les stations parisiennes et vont être utilisées pour une mise à jour des bases de données de rejets de STEP du programme. D'autre part, le travail conjoint avec le thème transversal modélisation a permis de mettre en évidence le rôle potentiel des dépôts en MES dans le Grand Morin. Les rejets de station d'épuration contribuent de façon significative à ces dépôts et c'est justement la fraction particulaire des rejets qui porte l'essentiel de leur variabilité. Ces hypothèses concernant le fonctionnement de la rivière seront donc mises à l'épreuve de nouvelles campagnes l'année prochaine.

The possible impact of the inputs of biodegradable organic matter to the Seine river upstream Paris is discussed. First experimental results on these inputs are presented. The variability is particularly highlighted. Moreover, the respirometric methodology is shown to be quite efficient in the estimation of the biodegradability of organic matter., Durant l'année 1999, nous avons, dans le Programme Seine, soulevé le problème de la partie amont du bassin de la Seine : de quoi sont faits les rejets urbains lorsque qu'ils ne sont pas issus des stations parisiennes ? Quel peut être leur impact, local ou régional ? Nous avons de plus commencé à développer une méthode d'approche de la matière organique rapidement biodégradable, permettant de différencier ces deux échelles d'impact. Dans ce rapport, nous discutons l'impact éventuel des apports de matière organique biodégradable en amont de Paris. Puis, nous présentons les premiers résultats de notre exploration de la partie amont du bassin, en insistant sur la variabilité des apports de matière organique biodégradable. Enfin, nous démontrons l'efficacité de la méthode respirométrique développée et dressons les perspectives que cet ensemble de résultats nous suggère pour l'année prochaine.

Studies evaluation on compartment algal and eutrophication of Seine river., Les auteurs dressent un bilan des études menées dans le cadre du PIREN Seine sur le compartiment algal et l'eutrophisation du fleuve et les prédictions obtenues à l'aide du modèle Riverstrahler. Les travaux expérimentaux menés sur la physiologie du potamoplancton ont contribué à démontrer l'hypothèse de l'unicité des processus dans l'ensemble du réseau hydrographique, concept à la base de l'approche de modélisation qui a été développée. Les auteurs se sont paticulièrement attachés à la compréhension de la dynamique du phytoplancton et de son devenir : en l'absence de limitation nutritionnelle, les chutes abruptes du phytoplancton ont progressivement été expliquées par le broutage du zooplancton, par une mortalité massive du phytoplancton liée à l'impact de virus ou autres parasites, et par l'impact des filtreurs invasifs, comme les moules d'eau douce (Dreissène). Le concept d'ordre des rivières des géomorphologues s'est révélé très utile pour appréhender la modélisation du développement du phytoplancton à l'échelle du bassin. Le modèle Riverstrahler validé sur d'autres fleuves européens, a permis de tester de véritables scénarios de gestion pour lutter contre l'eutrophisation dans le bassin. Il apparaît qu'une déphosphatation ne peut être efficace que si elle est menée à l'échelle du bassin et si elle inclut à la source une réduction des polyphosphates lessiviels. Les scénarios ont également montré que le traitement de l'azote en station d'épuration ne réduit pas l'eutrophisation. Enfin le modèle permet de déterminer les variations temporelles de l'équilibre production phytoplanctonique-respiration qui contrôle l'oxygénation à l'échelle du réseau hydrographique.

The processes of biodegradation of the organic matter in the Seine river have been studied previously, based on the particular site of Achères treatment plant. Several concepts were derived from this study and validated on this same site. However, there is now a need to test this approach on other different sites, namely in rural areas. This is performed through complementary approaches : analysis of the whole set of treatment plants in the Seine river basin and the in-depth analysis of some selected urban sites., Dans les phases antérieures du PIREN-Seine, la dégradation des matières organiques d'origine urbaine a également été étudiée à l'échelle du bassin, dans le sens où l'agglomération parisienne est elle-même à l'échelle du bassin. Néanmoins, étant donnée la diversité des situations rencontrées dans le bassin de la Seine et la relativement faible distance à laquelle se manifestent certains (pas tous) des impacts des villes sur les rivières (Chebbo et al., 1995), il est important de chercher à valider l'approche développée autour de l'agglomération pour d'autres sites dans le bassin. Ce travail est entrepris au travers de plusieurs actions qui se complètent : l'analyse du parc des stations d'épuration et des caractéristiques des systèmes d'assainissement urbains dans le bassin de la Seine, l'étude du fonctionnement de quelques systèmes urbains représentatifs dans le bassin, et notamment de leurs stations d'épuration, l'analyse de couples ville-milieu récepteur dans le bassin de la Seine, un travail sur un site atelier situé à l'amont dans le bassin de la Seine, afin d'y développer une approche similaire à celle qui a été développée dans l'agglomération parisienne.