Les bases géochimiques de la qualité des eaux de la Loire

Dans le cadre de la dernière année de master IMACOF, il est demandé de réaliser un mémoire individuel, tentant de répondre à une problématique précise, qui est ici la suivante : « Est-ce que la qualité physico-chimique des eaux de la Loire est influencée par la géologie de son bassin versant, ainsi que par les affluents ? » .

Le présent rapport traire dans un premier temps du contexte géologique et morphologique du bassin versant de la Loire ce qui permettra, en fonction des différentes caractéristiques observées, de définir une méthodologie pour tenter de répondre à la problématique posée. Le rapport s’axe ensuite sur l’étude de différents paramètres physico-chimiques le long du fleuve, étalés sur plusieurs années de relevés. Dans un troisième temps, il développe les principales caractéristiques des affluents majeurs de la Loire, en tentant de voir s’ils ont une influence sur la chimie des eaux du fleuve. Enfin, dans une dernière partie, le rapport présentera l’évolution de la qualité physico-chimique de la Loire, dans la partie aval de son cours, sur ces trente dernières années, pour définir si l’occupation du sol de son bassin versant a un impact sur la qualité des eaux.

Présentation des caractéristiques de la Loire et de son Bassin Versant 

Cette première partie a pour but de présenter globalement la Loire et son bassin versant. S’écoulant sur plus de 1000 kilomètres, il est nécessaire de connaître son parcours pour comprendre la qualité physico-chimique de ces eaux, qui est, par hypothèse, en étroite relation avec l’occupation du sol de son territoire.

Contexte général de la Loire 

Prenant sa source au Mont-Gerbier-de-Jonc en Ardèche, la Loire draine un bassin versant d’environ 117000 km², soit l’équivalent d’un cinquième de la superficie de la France (cf. figure 1). Elle traverse une grande partie du pays, aux paysages variés, son bassin versant drainant un peu moins d’une dizaine de régions différentes. Il est habité par plus huit millions d’habitants, et le cours de la Loire lui même bordé par plus de quatre millions d’habitants. C’est une densité plus faible que sur le reste du pays, mais cela engendre tout de même des pressions d’origines anthropiques sur le fleuve et ses affluents. En effet, on retrouve de grandes agglomérations sur ce territoire, comme Tours, Orléans, Angers ou St Etienne. De plus, de nombreuses activités agricoles occupent une grande partie du bassin versant.

Sur un espace aussi si vaste, l’Etablissement Public Loire (créé en 1983) contribue à la cohésion des actions mises en place sur l’ensemble du bassin. Le Plan Loire Grandeur Nature, décidé par le gouvernement en 1994, et prolongé par le Programme Interrégional Loire Grandeur Nature en 1999, définit les orientations prioritaires de la gestion du bassin :
➤ la prévention des inondations
➤ la Recherche/Données/Information
➤ la gestion des ressources en eau stratégique des ouvrages de Naussac et Villerest
➤ l’aménagement et la gestion des eaux, en lien avec les Commissions Locales de l’Eau.

• Hydrologie
Le régime hydrologique de la Loire est irrégulier. Les influences climatiques qu’elle subit (méditerranéennes et atlantiques) peuvent lui faire connaître de fortes crues, mais l’absence de neiges éternelles et le substrat imperméable d’une partie de son bassin, lui font avoir des étiages sévères. Depuis sa source jusqu’au Bec d’Allier, la Loire a un régime pluvio-nival, soutenu par des petits affluents qui lui confèrent un débit important. L’Allier qui présente des caractéristiques géographiques similaires, apporte à la Loire 45% de son débit.

• Les affluents
Avec une centaine d’affluents ‘principaux’, la Loire draine un bassin versant à la géologie très variée. Chacune de ces rivières, s’écoule sur une vallée particulière avec un substrat et une occupation du sol qui lui sont propres. Tous ces affluents comportent des caractéristiques physico-chimiques spécifiques, qu’ils viendront mêler aux eaux de la Loire .

Dans le cadre de cette étude, cinq affluents ont été retenus : l’Allier, le Cher, l’Indre, la Vienne et la Mayenne. Malgré la faible distance entre les confluences du Cher, de l’Indre et de la Vienne avec la Loire (soixantaine de kilomètres environ), ces trois affluents sont importants à prendre en compte puisqu’ils viennent quasiment doubler le débit de la Loire. On parle du ‘carrefour potamique de Tours’ [BARRAUD R., CARCAUD N.,DAVODEAU H., MONTEMBAULT D.- Géosciences n°12, 2010]. De plus, leur chimie est influencée par des sources limousines, ils présentent donc des caractéristiques différentes de la Loire.

➤ L’Allier est le principal affluent de le Loire avec ses 425 kilomètres de linéaire (contre 460 km pour la Loire à leur confluence). Il est caractérisé par des affluents qui drainent une partie de la Limagne, et subit donc des pressions agricoles.
➤ Avec plus de 360 kilomètres de long, le Cher est également un affluent important de la Loire. Il traverse deux zones géologiques distinctes : des roches cristallines et cristallophylliennes imperméables en amont, et des terrains sédimentaires à l’aval. L’occupation du sol de sa partie aval est principalement agricole.
➤ Prenant sa source à 486 mètres d’altitude dans les piedmonts du Massif Central, l’Indre s’écoule sur 276 kilomètres. Cette rivière traverse globalement les mêmes couches géologiques que le Cher. Une des particularités de l’Indre est que son bassin versant est de forme très étroite, ce qui le rend très dangereux lors d’épisode orageux, où le temps de concentration est faible (phénomènes de ‘crues éclairs’).
➤ Originaire du ‘Plateau des milles vaches’ dans le limousin, la Vienne draine un bassin versant de plus de 21100 km², avec ces 362 kilomètres de linéaire. Elle s’écoule dans sa partie amont sur des roches imperméables (granites, gneiss et micaschistes), puis sur des formations sédimentaires argilo-sableuses dans la partie aval, ainsi que des sols calcaires. L’occupation du sol de la partie aval du bassin versant est majoritairement agricole (environ 70%) ce qui peut être la cause de pollutions diffuses et ponctuelles.
➤ Seul affluent majeur de la Loire en rive gauche, la Maine est principalement caractérisée par les eaux de la Mayenne. Cette dernière est située sur les contreforts du massif armoricain, et la totalité du bassin se trouve majoritairement sur des schistes et granites. L’occupation du sol de son bassin versant est très marquée par la présence de l’Homme, avec notamment de fortes pressions agricoles.

La géologie du bassin ligérien 

Etonnamment, la Loire ne s’écoule pas au milieu de son bassin. À l’exception de la Maine qui vient grossir la Loire à Angers, on ne trouve en rive droite que quelques petits affluents venus du Vivarais, du Charolais et du Morvan. [NEHLIG P.– Géosciences n°12, 2010]. Et pour cause, la géologie du bassin ligérien a beaucoup évolué depuis sa formation. Des longs processus géologiques, comme la convection du manteau terrestre, les forces tectoniques ou encore l’érosion, sont à l’origine de l’ensemble de cet espace aux substrats très diversifiés.

D’amont en aval, la Loire draine trois régions géologiques distinctes : le Massif Central, le Bassin Parisien et le Massif Armoricain. C’est-à-dire qu’elle s’écoule sur des terrains plutôt cristallins dans les Massifs Central et Armoricain, mais aussi sur des terrains sédimentaires d’âge paléozoïque en Anjou, sur du jurassique dans le Berry, en Bourgogne et dans le Poitou, sur du crétacé en Touraine et enfin, sur du cénozoïque dans la région Centre (cf. figure 5).

Sectorisation géomorphologique de la Loire

Plusieurs auteurs ont tenté de sectoriser la Loire en entités géographiques similaires d’amont en aval. Par exemple, l’Etablissement Public Loire [Etude monographique des fleuves et grandes rivières de France – Décembre 2003] distingue cinq zones :
➤ Milieux et paysages montagnards (de la source jusqu’à la confluence avec l’Allier)
➤ Vallées alluviales peu aménagées (jusqu’à Gien)
➤ Val de Loire, vallée endiguée (jusqu’aux environs de Saumur)
➤ Vallées de plaines (Vienne, Loir…) où l’on retrouve beaucoup d’élevages, cultures…
➤ L’estuaire .

Table des matières

Résumé
Abstract
Introduction
I. Présentation des caractéristiques de la Loire et de son Bassin Versant
I. 1. Contexte général de la Loire
I. 2. La géologie du bassin ligérien
I. 3. Sectorisation géomorphologique de la Loire
I. 4. La méthodologie de l’étude
II. Evolution de la qualité des eaux de la Loire d’amont en aval
II. 1. La physico-chimie
II. 2. Les nutriments
II. 3. Les cations et anions inorganiques
II. 4. Les acides humiques
II. 5. Conclusion
III. L’influence des affluents sur la qualité des eaux de la Loire
III. 1. L’Allier
III. 2. Le Cher et l’Indre
III. 3. La Vienne
III. 4. La Mayenne
III. 5. Conclusion
IV. Evolution temporelle de la qualité des eaux de la Loire de 1981 à 2010 à La Possonnière et Montjean-sur-Loire
V. Conclusion
Bibliographie

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