Résumé "Heft 25"

Résumé:

BILANS DE L'EAU ET DES ELEMENTS DE BASSINS VERSANTS DE LA FORET    NOIRE EN  FONCTION  DES DONNEES PHYSIOGRAPHIQUES  ET  DES  DEPOSITS ATMOSPHERIQUES

Les cycles de l'eau et de la matière ont fait l'objet de relevés de juin 1987 à mai 1989 dans 3 bassins versants contigus à SCHLUCHSEE ainsi qu'à VILLINGEN (Forêt Noire), sélectionnés dans le cadre du projet ARINUS. Le but était d'appréhender la part respective des flux d'origine interne, essentiellement dans la pédosphère par rapport aux apports d'origine atmosphérique et d'évaluer ainsi leur importance pour les pertes en matière et la composition chimique des eaux superficielles et souterraines.
Les mesures des précipitations, des dépots atmosphériques hors couvert forestier et des paramètres météorologiques ont été effectuées dans des stations spécialement mises en place. Ainsi, toutes les parcelles furent équipées d'instruments pour l'enregistrement des précipitations sous couvert forestier, les mesures des eaux d'infiltration et de l'humidité du sol et d'un enregistreur de type Thomson pour la lecture de l'écoulement. Le prélèvement d'eaux souterraines a été opéré à partir de puits à Villingen. Les paramètres physico chimiques ont enfin été mesurés à partir de profils pédologiques sélectionnés sur la base d'une cartographie préalable des sols.
Des prélèvements hebdomadaires d'échantillons d'eau ont donné lieu à des analyses détaillées des teneurs en NH4+ , Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Al, Fe, Mn, Si, SO42-, NO3- et Cl-. En cas de forte modification de l'écoulement, ces mêmes mesures furent répétées à intervalles plus rapprochés. Les autres paramètres répertoriés furent : la température, le pH, les bicarbonates, l'absorption des UV, la coloration ainsi que la conductivité électrique.
Les précipitations, l'écoulement et l'évapotranspiration potentielle (calculée par différentes méthodes) furent mis en relation pour dresser les bilans hydriques, la différence finale étant ensuite comparée avec les modifications de l'humidité du sol. Alors que l'écart entre le bilan hydro-climatique et les mesures de l'écoulement s'élève à moins de 4 % des précipitations à VILLINGEN, on remarquera que les différences négatives de l'ordre de 10 % obtenues à SCHLUCHSEE traduisent une sous estimation de l'ordre de 10 % des précipitations dans ce secteur au courant de la première année de mesures caractérisée par un enneigement élevé.
Une différentiation de l'écoulement hypodermique et de l'écoulement de base dû aux eaux souterraines a été opérée par une décomposition chimique de l'hydrogramme. Les eaux d'origine souterraines furent ainsi identifiées grâce à la teneur en Na+ des eaux superficielles. Celles ci se caractérisent en effet par une restitution de Na+ suite à l'altération chimique de la roche mère, les teneurs se distinguant alors nettement de celles des eaux de pluie ou d'infiltration. D'après ce modèle, l'écoulement de base dû aux eaux souterraines représenterait à SCHLUCHSEE environ 50 à 60% de l'écoulement total, alors qu'à VILLINGEN il ne serait que de l'ordre de 30 %. Ces écarts sont imputables aux différences des propriétés physiques du sol relevées entre les 2 sites: d'une part les couches imperméables dans les horizons inférieurs à VILLINGEN qui occasionnent ces transports latéraux dans les couches superficilles, d'autre part, l'importance relative de l'écoulement direct relevé dans ce bassin versant boisé.
Les apports des éléments par les précipitations sont faibles en comparaison avec d'autre forêts d'Europe Centrale et sont d'origine lointaine, les sources d'émissions locales étant insignifiantes. L'examen statistique des teneurs en matière a mis en évidence que "les poussières minérales", "le chlorure de sodium" (d'origine essentiellement océanique) et "l'émission d'acidifiants" sont à considérer comme facteurs déterminants dans la composition des précipitations. La différence chimique entre les précipitations hors couvert et celles enregistrées sous couvert forestier permet de déduire et quantifier les facteurs responsables des modifications du bilan des éléments: "interception des acides", "lessivage des aiguilles", "chlorure de sodium" et "poussières". A partir de la , un modèle opérant une ségrégation entre les dépots secs et le lessivage des aiguilles a été modifié et appliqué par la suite à la zone d'étude. Il en découle que les apports d'origine atmosphérique sont à attribuer principalement aux dépots par précipitation, alors que les dépots secs ne jouent qu'un rôle mineur en raison des faibles concentrations dans l'air d'éléments polluants. Les apports d'origine atmosphérique cadrent bien ensemble dans les 3 bassins versants contigus et ne laissent apparaître que des différences minimes entre les 2 zones d'étude.
La composition chimique des eaux des 2 zones d'étude se caractérise par des différences importantes. Pour les cours d'eau, la composition est étroitement liée à la trajectoire de l'eau à travers le bassin versant. Des différences dans l'ampleur des relations entre l'eau et les éléments solides sont fonction du temps requis pour la mise en place d'équilibres et des propriétés chimiques du substrat d'écoulement. A VILLINGEN, une part importante de l'écoulement est conditionné par des transferts latéraux dans les niveaux supérieurs et par conséquent dans l'humus acidifié. A l'opposé, c'est un transfert vertical qui prédomine à SCHLUCHSEE en raison de la forte conductivité hydrique. Les influences directes des dépots atmosphériques sont reléguées au secon plan par les propriétés spécifiques du site.
Partant d'une estimation de la fixation des éléments dans le peuplemement, il a été procédé à une comparaison des flux des éléments dans les précipitations hors couvert et sous couvert forestier, des dépots totaux, de la fixation de la masse, de la restitution, des exportations et de la mobilisation nette des éléments dans le bassin versant. Alors que les dépots atmosphériques restent similaires, on a relevé des différences sensibles pour ce qui concerne surtout les cycles de S et N. Pour un faible apport de soufre à SCHLUCHSEE on y a relevé des pertes de près du double, alors qu'à VILLIN-GEN les apports et les pertes se compensent. A Villingen, les dépots d'azote sont retenus en quasi totalité dans le bassin versant alors qu'à SCHLUCHSEE ces 2 facteurs sont du même ordre de grandeur. Des différences dans la capacité de rétention et de mobilisation le long des flux sont associées à des rejets de matière très différents.
La comparaison des bilans entrées-sorties met en évidence la grande variation des échanges de matière dans les bassins versants. Pour évaluer les effets des modifications d'apports en éléments dans l'hydrosphère et la pédosphère, il conviendrai donc d'y appliquer des modèles déterministes très poussés.