Jean-Marc COULAIS Lycée de la Venise Verte 79000 NIORT

Nature des données : qualité des eaux brutes en Deux-Sèvres ²

Logiciel de traitement : tableur grapheur Excel 5

Autres documents : normes de potabilité.

Ce travail de recherche est dans un premier temps centré sur l'étude d'un relevé (choisi par l'élève : sa commune d'origine...) pour prendre connaissance des paramètres disponibles dans la banque, mais aussi pour apprendre quelques manipulations de base propres au logiciel outil utilisé (recherche critériée, tris...). La recherche de la potabilité de l'eau prélevée implique une comparaison entre les données disponibles et les normes de potabilité : paramètres soumis à une norme, paramètres indésirables...

La recherche est ensuite élargie au département entier. Le volume d'informations disponibles met en évidence la nécessité d'une stratégie d'étude, et pose le problème de la validité des conclusions émises ...

 

 

Nature des données : qualité des eaux superficielles de la Sarthe ³

Logiciel de traitement : Tableur grapheur Excel 5

La surveillance de la qualité des eaux superficielles des rivières est assurée en différents points du cours d'eau, et en particulier avant et après une ville , une confluence... Ainsi, la qualité de l'eau de la Sarthe est contrôlée le même jour avant et après Alençon, mais aussi avant et après le Mans, situé 40 kms environ en aval.

Quelle est l'influence de la population d'Alençon sur la qualité des eaux de la Sarthe ? Quelles sont les conséquences pour la qualité de l'eau qui arrive au Mans ?

Ce travail de recherche met en évidence là aussi la nécessité d'une stratégie pour dégager une information crédible et fondée : identifier les paramètres modifiés pour la même date, différencier variation absolue et relative, identifier les variations exceptionnelles et permanentes...

La synthèse des informations dégagées du fichier montre des variations relatives importantes concernant les substances azotées : NO₂^- NO₃^-, NH₄⁺, mais aussi PO₄^3-, la chlorophylle A... Les paramètres avant le Mans, soit 40 kms après Alençon, retrouvent en partie ou en totalité les valeurs d'Alençon amont.

Aux constats succèdent les hypothèses explicatives : origine des substances azotées, évolution de la concentration, origine des phosphates, causes de l'augmentation de la concentration en chlorophylle... ce qui permet d'aborder les problèmes liés à la pollution, l'épuration, l'autoépuration, l'eutrophisation...

 

 

Nature des données : qualité des eaux brutes en Deux-Sèvres ²

Logiciel de traitement : tableur grapheur Excel 5

Autres documents : sondage, carte géologique, coupe géologique....

Cette étude repose sur l'analyse des données de la commune d'Aiffres. Deux types de données sont disponibles : Aiffres supra concerne un captage réalisé à 20 m de profondeur, Grand puits infra concerne un captage réalisé à 100 m .

Une comparaison des deux types de données, réalisées à la même date montre des similitudes : pH, conductimètrie, calcium ... mais aussi des différences importantes : la concentration en nitrate dépasse souvent 50 mg.L^-1 dans Aiffres supra, et voisine de 0 dans Grand puits infra. La concentration en magnésium est importante dans Grand puits infra, le nombre de bactéries est élevé dans Aiffres supra... Conclusions confirmées par l'étude des données pour ces captages sur trois ans.

Comment expliquer de telles différences au niveau d'un même site ? La profondeur du prélèvement est en effet la seule différence entre les deux captages. Les hypothèses explicatives avancées peuvent être éprouvées par des documents complémentaires : données concernant le forage, carte topographique, géologique, coupe géologique...

L'étude conduit à identifier deux nappes :

- une nappe libre dans un aquifère calcaire qui reçoit par lessivage les nitrates liés à la cultures céréalières, les bactéries témoins de la contamination fécale liées aux activité humaines,

- une nappe captive séparée de la nappe libre par les roches imperméables du Toarcien (marnes et calcaires marneux) présente dans un aquifère de calcaire dolomitique, à l'origine de la richesse en Mg²⁺. Le toit de la nappe stoppe les nitrates et les bactéries.

Les données décrivant la qualité des eaux peuvent être utiliséées pour aborder, de manière indirecte, les problèmes liés à la localisation des ressources.

 

 

La qualité physico chimique d'une eau est étroitement liée à la nature des roches rencontrées. L'eau de pluie contient peu de solutés : cette eau , très agressive, altère les minéraux des roches de la lithosphère, et s'enrichit en ions. La qualité physico-chimique d'une eau est en quelque sorte la trace de son histoire, de son trajet avant analyse. Les banques de données décrivant la qualité des eaux peuvent donc servir de support pour l'étude du cycle érosion, transport et sédimentation abordé en géodynamique externe en première S.

Nature des données : qualité des eaux brutes en Deux-Sèvres ²

Logiciel de traitement : tableur grapheur Excel 5

Autres documents : carte montrant la localisation des unités de distribution, carte géologique simplifiée du département, tableau de composition chimique de quelques roches ou documents de pétrographie.

Le département des Deux Sèvres est caractérisé par des terrains sédimentaires au sud (bassin Aquitain), et une petite partie au nord est (bassin Parisien), le centre et le nord ouest sont occupés par les roches magmatiques et métamorphiques de l'extrémité du massif armoricain. Cette situation se rerouve dans la répartition des unités de distribution : nombreux captages sur les terrains perméables sédimentaires, captages superficiels des terrains imperméables du Nord.

L'approche laisse parfois les élèves un peu perplexes devant la méthode, la stratégie à adopter. Les élèves disposent d'un outil permettant la recherche critériée, les tris, les traitements mathématique de moyenne, maximum, minimum, les représentations graphiques : évolution temporelle d'un paramètre, corrélation entre deux paramètres ... La stratégie et les modalités de traitement des données sont ici fondamentales pour dégager une information scientifiquement justifiée.

Le bilan des conclusions formulées par les différents groupes fait apparaître que les eaux circulant dans les roches carbonatées sont très minéralisées, et caractérisées par les ions NO₃^-, Ca²⁺ et HCO₃^- , alors que les eaux circulant sur le granite et les schistes sont peu minéralisées et caractérisées par Na⁺ et SiO₃^-. La corrélation pour K⁺, Fe³⁺ et Mg²⁺ est plus délicate.

Ces constats amènent la formulation d'hypothèses explicatives à propos de l'origine des ions lessivés (altération des roches pour certains ions, pratiques culturales corrélées avec le sous sol pour les nitrates), nature et devenir des roches altérées....

 

Nature des données : qualité des eaux superficielles des cours d'eau du Bassin Loire Bretagne.

Logiciel de traitement : tableur grapheur Excel 5

Autres documents : carte montrant la localisation des cours d'eau et le contexte géologique.

Les cours d'eau du bassin Loire Bretagne circulent sur des formations géologiques variées : certains ne circulent que sur des terrains magmatiques ou métamorphiques, d'autres circulent que sur des terrains sédimentaires, d'autres enfin passent de terrains magmatiques métamorphiques à des terrains sédimentaires.

L'abondance des données disponibles devient rapidement un obstacle à l'avancement de la recherche, et pose le problème de la stratégie d'étude. Faut-il prendre un fleuve et examiner l'évolution des paramètres pour les différents sites d'analyse, ou comparer les différentes analyses de fleuves circulant sur des sous-sols comparables ? Peut-on obtenir des données fiables d'une comparaison ou faut-il faire des moyennes, rechercher les maximas et minimas ? Ou étudier les variations de composition d'une rivière qui circule d'un sous-sol magmatique et métamorphique à un sous sol sédimentaire ?

Après le choix de la méthode, l'outil informatique est utilisé pour réaliser les tris, recherches, traitements mathématiques et représentation graphiques utiles pour l'étude du problème posé.

La synthèse des résultats obtenus montre que la composition de l'eau est modifiée par les activités humaines. Pour connaître la part géologique de la composition d'une eau, il est plus facile d'utiliser les analyses réalisées près de la source des rivières.

L'examen comparatif des différentes données montre des variations assez importantes de la concentration en ions pour un même site : une moyenne assortie de minimas et de maximas s'avère indispensable pour situer les valeurs retenues.

Les données ainsi traitées montrent que les eaux circulant sur un sous-sol sédimentaire (Sarthe, Loir) sont plus minéralisées et beaucoup plus riches en Ca⁺ que les eaux circulant sur un sous sol magmatique et métamorphique qui sont caractérisées par une concentration plus élevée en Mg²⁺, Na⁺ et SiO₃^- ...

Ces constats amènent la formulation d'hypothèses explicatives à propos de l'origine des ions lessivés.

Ces données permettent aussi l'étude du transport et du volume des matériaux transportés à l'état d'ions, ou en suspension, matières qui formeront les futurs sédiments. Transport et sédimentation ne sont pas que des phénomènes qui expliquent les structures passées : actuellement, les roches du continent sont altérées, les matériaux produits sont transportés de manière visible (matières en suspension, particules) mais auusi de manière invisible à l'état dissous. Les faibles concentrations en ions couplées aux débits des fleuves et au temps géologique montre l'importance des masses de matières concernées par ces phénomènes contemporains.

Le bilan effectué à Nantes permet le calcul de la masse des matières issues du bassin versant de la Loire. Si les résultats montrent des variations importantes, dues principalement aux fluctuations de débits de la Loire ( minimum en mars 1992, maximum en mars 1994), les chiffres obtenus sont très importants : 8 à 70 kg de Ca²⁺ par seconde sont ainsi apportées dans l'océan par la Loire, soit (en prenant le débit moyen) 600 millions de tonnes par an simplement pour le Calcium!

Ces quelques pistes d'activités n'ont pas la prétention d'exposer le détail des conclusions que l'on peut dégager de banques de données, ni préciser le détail de l'exploitation pédagogique réalisée en classe. Mon soucis est autre : montrer que les données brutes, non traitées, permettent de placer l'élève en situation de recherche : identifier les données pertinentes, les facteurs invariants pour réaliser des comparaisons, les traitements de données nécessaires pour aboutir à une description la plus crédible possible sur le plan scientifique...

Ce travail, qui n'est pas simple pour l'élève dérouté par l'abondance des données et l'absence de directives précises, contribue à le rendre actif. L'élève ou le groupe doit, dans un premier temps, élaborer une stratégie, l'infléchir en fonction des premiers résultats obtenus, nourrir une attitude critique, distinguer l'important de l'accessoire, puis dégager des constats, scientifiquement pertinents, formuler des hypothèses explicatives...