Synthèse hydrogéologique du bassin de l’Iton

Contexte

Le bassin versant de l’Iton (1 200 km²) est particulièrement soumis aux risques de sécheresse, d’inondation et de dégradation de la qualité des eaux. Il fait l’objet d’un SAGE approuvé depuis le 12 mars 2012. La présence de drains karstiques met par ailleurs en relation directe les écoulements de surface avec la nappe de la craie   et lui confère une grande vulnérabilité vis-à-vis des pollutions superficielles (turbidité  , pollution bactériologique, nitrates, produits phytosanitaires, etc.).

Situation de la zone d’étude (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Cette vulnérabilité liée aux régimes et modes d’écoulements sur le bassin (sans doute différents en périodes d’inondation et sécheresse), à la fois face aux évènements climatiques et aux activités humaines présentes et passées (industrielles et agricoles), a entrainé des évolutions importantes des niveaux et une dégradation progressive de la qualité des eaux, qui conjuguée à l’impact écologique sur les eaux superficielles, rend nécessaire une gestion plus durable, plus adaptée et concertée de la ressource, en ligne avec les préceptes de la DCE.

Objectifs et enjeux

C’est dans ce contexte que la DREAL de Haute-Normandie, l’Agence de l’Eau Seine-Normandie, la DDTM et le Conseil Général de l’Eure ont sollicité le BRGM pour définir une étude visant, dans un premier temps, à établir un état des lieux du fonctionnement du bassin de l’Iton tant d’un point de vue quantitatif que qualitatif, et à proposer, dans leurs grandes lignes, des premières règles de gestion de la ressource en eau sur ce bassin, en termes quantitatifs et qualitatifs, sur la base des données disponibles.

Méthodologie

Le projet comprend la réalisation d’une synthèse géologique, hydrogéologique et hydrologique de la zone d’étude, la définition des relations nappe-rivière ainsi que l’évaluation de la qualité générale des eaux et l’amélioration de la connaissance des situations extrêmes (hautes-eaux, basses eaux) dans le bassin. Le travail a été réalisé avec les données existantes et sans acquisition de données sur le terrain.
Des modélisations globales (logiciel GARDENIA) ont été réalisées ainsi que des modèles dits de l’ « onde diffusante » permettant d’évaluer les apports latéraux au débit   de la rivière.

Principaux résultats

Cette étude a permis dans un premier temps de rassembler, d’analyser et de faire la synthèse des données existantes et disponibles pour le bassin versant souterrain de l’Iton.
Un certain nombre d’avancées significatives ont pu être réalisées au niveau de la connaissance des caractéristiques et du fonctionnement du bassin de l’Iton, mais beaucoup de zones d’ombre demeurent encore.

Plus spécifiquement, une synthèse géologique a été réalisée afin de compiler les données existantes concernant les différentes formations géologiques en présence, les structures tectoniques (failles, anticlinales,…) et la karstification. Concernant les failles, cette synthèse a mis en évidence que beaucoup de failles sont supposées mais que peu ont été reconnues à l’affleurement et représentées par les géologues sur les cartes géologiques au 1/50 000. Des investigations complémentaires seraient nécessaires pour aller plus loin et des recommandations ont été établies à cet effet. Dans le cadre de cette étude quelques nouvelles structures ont pu être mises en évidence par corrélations géologiques. Cette étude a par ailleurs synthétisé de nombreux phénomènes karstiques en surface et en souterrain sur le bassin versant.

Localisation du secteur d’étude sur la carte géologique de la France au 1/1.000.000 (©BRGM) (j3 : Jurassique supérieur, c1 : Crétacé inférieur, c2 : Crétacé supérieur, e : Eocène, g : Oligocène, p : Pliocène) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Coupe SO-NE dans le bassin versant de l’Iton montrant un pendage vers le NE (coupe issue du modèle géologique de l’Avre, David et al., 2015) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

La synthèse hydrogéologique a permis de décrire les différentes nappes d’eaux souterraines présentes sur le bassin versant. L’aquifère   de la craie   constitue le principal aquifère   du secteur ; une synthèse et une analyse statistique de ses paramètres hydrodynamiques ont été établies.

Comparaison des débits spécifiques (m³/h/m) et des transmissivités (m²/s) des différents aquifères – (SdP signifieSables du Perche) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

L’analyse des variogrammes des piézomètres suivis en continu a ensuite mis en évidence la variabilité des comportements hydrodynamiques de cet aquifère   au sein de la zone d’étude. Cette synthèse a par ailleurs montré que peu d’informations existent concernant la datation des eaux souterraines sur ce bassin versant.

Comportement hydrodynamique de l’aquifère de la craie dans le bassin de l’Iton (dpt 27 et 61) - (Le piézomètre de Normanville mentionné sur ce graphique est le 01501X0002) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Un travail de synthèse a enfin été réalisé sur les sources. Celles-ci ont été classées en quatre groupes géographiques (1- amont du bassin ; 2- secteur de Gaudreville / La-bonneville ; 3- sources du rouloir ; 4- secteur de Brosville / Hondouville). La connaissance du fonctionnement de ces différentes sources est très lacunaire. Certaines de ces sources sont les résurgences de systèmes karstiques. Toutefois aucune de ces sources ne fait l’objet d’un suivi des débits en continu, ce qui limite la connaissance du fonctionnement de ces systèmes karstiques. On peut noter en particulier : les sources du rouloir, les résurgences du système karstique du sec-iton (sources de la fosse aux dames et de la forge), les résurgences du système karstique à Brosville et enfin la résurgence du système karstique développé sous le Roumois dont la source d’Hondouville (débit   moyen de 1m3/s environ) serait l’un des exutoires. Ce dernier système karstique est très peu connu. Des traçages seraient nécessaires pour mieux le définir.

Sources du bassin versant de l’Iton (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Le bassin versant souterrain de l’Iton demeure encore mal défini dans plusieurs secteurs, notamment lié à des imprécisions au niveau des cartes piézométriques existantes (établies à une échelle régionale) et à des connexions karstiques interbassins à confirmer.

La synthèse hydrologique a établi le fonctionnement hydraulique des différents tronçons de l’Iton et de son affluent Leme/Rouloir sur la base des données disponibles. Les spécificités des cours d’eau de ce bassin versant ont été synthétisées et notamment un focus a été mené sur le fonctionnement du bras forcé de Verneuil qui dérive une partie du débit   de l’Iton vers l’Avre. Le fonctionnement de ce bras forcé est très mal connu car il n’existe pas, à l’heure actuelle, de suivi en continu de son débit  . Toutefois, pour les besoins de l’étude, et sur la base de la connaissance existante et de certaines hypothèses, une chronique de débit   de ce bras forcé a été reconstituée. Les données de jaugeages ponctuelles existantes sur l’Iton ainsi que les chroniques de débits suivis en continus ont été exploitées. Les analyses statistiques de ces dernières ont mis en évidence un régime différent de l’Iton à l’amont et à l’aval du bassin versant.

Un travail préliminaire de qualification et de quantification des échanges nappe/rivière a ensuite été mené en se basant sur différentes approches (comparaison des altitudes de la rivière et de la nappe, exploitation des données débitmétriques existantes, étude de la répartition des écoulements en basses eaux). Les relations nappe/rivières ont été sectorisées et quantifiées. Deux secteurs d’apports de débits par les eaux souterrains à l’Iton ont été mis en évidence (secteur de La Bonneville-sur-Iton et secteur de Brosville/Hondouville). Ces deux secteurs contribueraient en moyenne à près de 80% du débit   de l’lton à l’exutoire (à titre de comparaison, le rouloir contribuerait à hauteur de 20% en moyenne). Ces chiffres sont toutefois à prendre avec beaucoup de précautions car ils sont issus de données non synchrones entre les 2 secteurs et valables uniquement en période d’étiage, ils permettent toutefois de fixer les ordres de grandeurs dans l’attente de disposer de campagnes de mesures adaptées. Ils seraient à confirmer par la réalisation de plusieurs campagnes de jaugeages différentiels et synchrones à l’échelle du bassin versant.

Gands tronçons hydrauliques de l’Iton et orientations du cours d’eau (découpage approximatif basé sur la présence de sources ou de bétoires, un découpage plus fin du fonctionnement de l’Iton est présenté dans le rapport) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Une attention a été portée en particulier sur le fonctionnement de l’Iton dans le secteur du Sec-Iton. Les débits perdus au niveau du Sec-Iton ont été estimés puis comparés aux débits restitués par les sources de la forge et de la fosse aux dames. Aucune campagne de mesure ne permet actuellement de réaliser une estimation fiable des débits perdus au niveau du sec-Iton. Le capacité maximale d’engouffrement du karst du Sec-Iton n’est actuellement pas connue, mais serait probablement supérieure à 1500 l/s sur l’ensemble du secteur du Sec-Iton compris entre Condé-sur-Iton et les Haisettes. Sur 4 campagnes de jaugeage exploitables, la part du débit   perdu dans le Sec-Iton puis restitué représenterait entre 17% et 32% du débit   de l’Iton à Bérengeville. La contribution la plus importante au débit   proviendrait en fait d’un apport de débit   par la nappe (entre 38% et 63%) supplémentaire au débit   de restitution des pertes du sec-Iton. Le rouloir quant à lui contribuerait à hauteur de 11% à 33%. Tous ces chiffres sont également à prendre avec beaucoup de précaution et nécessitent d’être confirmés par des campagnes de mesures synchrones.

Schéma de principe de répartition des débits entre l’amont et l’aval du Sec-Iton, et proportions des débits associés (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Localisation des différents assecs observés dans le passé sur le Rouloir et l’Iton (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Plan de l’Iton « souterrain » des Ponts & Chaussées du 26/01/1889 géoréférencé et vectorisé par le BRGM en 2014 (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Le bassin versant de l’Iton a par ailleurs été modélisé à l’aide du logiciel GARDENIA (modèle globale) pour tenter d’effectuer un premier bilan au niveau des échanges nappe – rivière (Iton). Ce modèle traitant des relations pluie-débit  -piézométrie a permis en particulier (1) d’estimer la part du débit   lent (correspondant à l’alimentation par la nappe) dans le débit   total de l’Iton et sa variation temporelle et (2) d’estimer les débits de fuite (débit   souterrain sortant du bassin versant), notamment du fait de la présence de transferts karstiques. Les résultats de la simulation sous GARDENIA sur la période 1997-2013, montrent une contribution moyenne de 89% des écoulements lents (souterrains) au débit   de l’Iton. De mai à septembre, le débit   de l’Iton serait essentiellement assuré par les écoulements souterrains : de 96 à 99 % en moyenne. L’analyse statistique montre que les écarts interannuels sont les plus faibles pour cette période : quelles que soient les précipitations  , la part du ruissellement reste, en effet, très faible (absence de pluies efficaces). En période de recharge hivernale (d’octobre à avril), la contribution des écoulements souterrains au débit   de l’Iton est logiquement plus faible, mais reste largement prépondérante : de 70 à 95 % en moyenne. Les écarts interannuels sont, en revanche, plus importants : la part du ruissellement est, en effet, fortement dépendante des précipitations   hivernales. Des ruissellements significatifs ne sont observés que lors des hivers exceptionnellement pluvieux, avec en général plusieurs mois très humides consécutifs. A titre indicatif, les ruissellements et résurgences karstiques auraient contribué à plus de 70% au débit   de l’Iton lors des mois d’hivers suivants : janvier et février 95 ; déc. 1999 ; dec. et janv. 2000, mars 2001 et dec. 2012.
Un schéma de fonctionnement basé sur le bilan moyen (1997-2013) a été établi et montre que, sur les 616 mm entrés dans le bassin versant de l’Iton :

• 73% (450 mm) reparte dans l’air par évapotranspiration,
• 9,7% (60 mm) sortent du bassin par des écoulements souterrains ou du fait des prélèvements anthropiques,
• 0,6% (4mm) sont stockés dans l’aquifère  ,
• 16,6% (102 mm) sortent du bassin par des écoulements de surface (débit   de l’Iton)

Eléments du bilan hydrologique du bassin de l’Iton (1997-2013) d’après les résultats de la modélisation globale GARDENIA pluie-débit-niveaux (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

Un important travail d’inventaire des points de prélèvements et des volumes prélevés ainsi que des rejets a également été mené dans le cadre de cette étude. Ces prélèvements ont été distingués selon les trois principaux types d’usage : l’alimentation en eau potable (AEP), les utilisations pour l’agriculture et l’élevage et les utilisations pour l’industrie. On constate que l’AEP représente 75 % des volumes totaux prélevés (moyenne de 14 Mm3 par an sur la période 1994 – 2013) suivi des prélèvements industriels 22% (4,2 Mm3 / an en moyenne) et enfin, les prélèvements agricoles pour l’irrigation et l’élevage sont estimés à 0.6 Mm3 /an en moyenne (soit 3 % des prélèvements totaux). Les prélèvements agricoles étant concentrés sur certains mois de l’année, ils peuvent représenter une part plus importante (jusqu’à 24%) sur des bilans réalisés à l’échelle mensuelle. Les grandes tendances qui ressortent quant à l’évolution des volumes d’eau prélevés sur la période 1994-2013 sont les suivantes :

• Forte variabilité des volumes prélevés pour l’agriculture, due aux variations climatiques et notamment pluviométriques entre les années, et au sein de chaque année ;
• Baisse de la production d’eau potable, qui passe de plus de 1,5 Mm3/mois en 1995 à moins de 1 Mm3/mois en 2013, soit une baisse de plus de 30 % en 18 ans ;
• Diminution des prélèvements industriels, qui passent d’environ 0.5 Mm3/mois sur la période 1997-2001, à moins de 0.25 Mm3/mois depuis 2010 du fait de la désindustrialisation de la vallée.
  

  

  Localisation des ouvrages de prélèvements recensés par type d’usage (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

  
  

  

  Bilan des prélèvements par usage au pas mensuel pour la période 1994-2013 (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

  Des bilans quantitatifs préliminaires ont ensuite pu être établis pour des cycles hydrologiques de hautes-eaux et de basses eaux. Ces bilans se fondent sur les flux d’eau calculés (entrées/sorties). Pour l’année humide étudiée (2000/2001), le bilan est excédentaire à l’échelle de la zone d’étude. Les sorties du système sont inférieures aux entrées de 18%. Sur l’ensemble de la zone d’étude, en période de hautes eaux, les prélèvements ne représentent qu’une faible part des sorties du système. Les prélèvements bruts et nets correspondent respectivement à 3.7% et 1.2% de la pluie efficace. L’année sèche étudiée (2011/2012) montre que le bilan est déficitaire à l’échelle de la zone d’étude. Les sorties du système sont supérieures aux entrées de 38%. Le piézomètre de Nogent-le-Sec présente une baisse de ses niveaux sur la période octobre 2011 – septembre 2012, indiquant un déstockage de l’aquifère   sur cette période. La pression des prélèvements est plus forte en période de basses eaux. Les prélèvements bruts et nets représentent respectivement 13.1% et 4.6% de la pluie efficace à l’échelle du bassin versant. Ils atteignent respectivement 19.4% et 6.8% de la pluie efficace à l’aval du bassin versant.

  

  Bilan des flux dans les différents secteurs de la zone d’étude en année moyenne (cycle hydrologique 2011/2012) (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

  Le fonctionnement du bassin de l’Iton lors des périodes d’étiage a ensuite été étudié. Une analyse de la vulnérabilité de la rivière a été menée, et les constats d’assecs du rouloir et de l’Iton ont été synthétisés et cartographiés. Une recherche d’indicateurs d’alerte a été menée et deux indicateurs sont d’ores-et-déjà proposés : (1) Indicateurs piézométriques d’alerte au printemps, (2) Indicateurs piézométriques de garantie de débit   minimal. Par ailleurs la mise en place d’un modèle de prévision a été testée de manière préliminaire avec le logiciel TEMPO (traitement du signal). Il semble qu’un modèle de prévision des niveaux de nappes et de débits utilisant en entrée un générateur de données de pluie et d’ETP soit envisageable pour simuler en fin de période de recharge les prévisions de débits et niveaux piézométriques probables pour l’étiage à venir. Cette démarche devra être approfondie pour une mise en application opérationnelle.

  

  Schéma du modèle retenu, composé de méthodes de transfert en grappe pour simuler les débits à Bourth, à Normanville et la piézométrie à Coulonges (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

  Le fonctionnement du bassin de l’Iton lors des épisodes de crues a ensuite été étudié. Une recherche de premiers indicateurs a été menée. En comparant les deux relations Débit  -Débit   et Hauteur-Hauteur, un effet seuil dans la réponse hydrologique semble intervenir lorsque le niveau piézométrique   dépasse un certain seuil sur les piézomètres de Coulonges et Graveron. Les crues exceptionnelles suggèrent en effet une amplification des crues en aval du Sec-Iton lorsque le karst est saturé. En parallèle de la présente étude, le BRGM a réalisé en 2015, une étude de la contribution des eaux souterraines aux crues des bassins de l’Iton et de l’Orbiquet, pour le compte du SCHAPI (cf. Charlier et al. 2015). Les conclusions de cette étude montrent que le laminage de la crue   entre Bourth et Normanville est dû à la conjonction de 2 phénomènes : un de nature hydraulique du fait de la diffusivité de l’onde de crue  , et un second lié au rôle du karst sur la ré-infiltration des écoulements au niveau des pertes du Sec-Iton. On observe globalement un rapport qui augmente de 1 à 2 à 1 à 3 entre, respectivement, le laminage dû aux pertes, et celui dû à la propagation de l’onde de crue  . La plus grande proportion de laminage dû à l’hydraulique est probablement engendrée par le plafonnement des pertes autour de 7 m³/s (au-delà d’un débit   de crue   maximal de 12 m³/s). S’y ajoutent les apports des aquifères (débit   de base) qui tamponnent cet écrêtement. Le résultat le moins attendu de cette modélisation est l’absence de lien avec le niveau de remplissage initial du karst. Ainsi, le débit   de pertes semble être principalement contrôlé par le débit   de crue   sans qu’un effet de seuil lié au karst ne soit observé.
  En définitive, le piézomètre de Coulonges est potentiellement un indicateur du niveau de saturation du bassin (relation forte avec le débit   de base) sans pour autant être un indicateur du laminage des crues sur le tronçon Bourth-Normanville qui intègre tout un ensemble de pertes (Sec-Iton, Lême) et d’apports (Rouloir, émergences, etc.).
  L’augmentation de la réponse hydrologique à Normanville sur la relation Débit  -Débit   qui met en évidence une influence du niveau de remplissage du karst, n’est a priori pas liée à une baisse du taux de pertes (et donc au rôle écrêteur du karst), mais plutôt liée aux déclenchements d’apports ne se produisant qu’en crue   exceptionnelle. Ces derniers pourraient provenir de la mise en eau du Rouloir qui se produit dans ce type de condition extrême et/ou des contributions plus intenses des émergences de Conches-en-Ouche et de Glisolles.
  Ce travail montre que, bien que le karst joue un rôle écrêteur sur le laminage des crues, l’atténuation des pics de crue   entre Bourth et Normanville est majoritairement liée à une question hydraulique, plutôt qu’à une perte effective de débit  . Cette forte diffusion de l’onde de crue   peut être liée à la morphologie méandriforme du réseau hydrographique au niveau du tronçon Damville-Glisolles, ainsi qu’aux nombreuses zones de débordement et stockage temporaire.

  

  Echanges latéraux lors de la crue de décembre 1999 (extrait de BRGM/RP-65618-FR)

  Enfin, un important travail d’analyse de la qualité des eaux du bassin versant de l’Iton a été mené sur la base des données disponibles sur ADES   et celles transmises par l’AESN. Après une caractérisation hydrogéochimique du bassin versant (volet1) et une analyse des pressions (volet 2) une analyse plus détaillée a été menée concernant la question des nitrates (volet 3).
  Les eaux de surface et souterraines du bassin versant de l’Iton sont typiques de l’aquifère   de la craie  . Les eaux de la nappe de la craie   et des eaux de surface ont des compositions très proches suggérant des relations importantes entre elles. En conséquence, la nappe est très vulnérable aux pollutions de surface, en particulier à celles causées par l’activité agricole. Les eaux souterraines sont plus concentrées que les eaux de surface, en particulier en nitrates et pesticides et sont devenues, en raison de la grande vulnérabilité aux pollutions de surface, liée au contexte géologique karstique, un réservoir de polluants. L’alimentation de l’Iton par les eaux souterraines, en particulier en étiage, entraine la pollution des eaux de surface par les eaux souterraines. Il est notable que les tendances en nitrates dans l’Iton sont à la hausse à l’amont de Normanville et en baisse à l’aval. Des investigations complémentaires seraient nécessaires pour mieux comprendre ce phénomène.
  Les fortes teneurs en pesticides dans les eaux de surface sont généralement mesurées en période d’étiage en lien avec l’alimentation prédominante par la nappe, tandis que les faibles teneurs sont associées à des périodes de forts débits de l’Iton sous l’effet de la dilution.
  Le processus d’autoépuration par dénitrification pourrait être un facteur expliquant les faibles teneurs en nitrates dans les eaux souterraines dans certains secteurs à l’amont du bassin versant de l’Iton.
  Le dernier paragraphe du rapport établit les recommandations d’acquisition de données complémentaires qui seraient nécessaires pour améliorer la connaissance du fonctionnement de ce bassin versant.