Comment sont réalisées les cartes de qualité des rivières

Principes Généraux

Présenter la qualité des rivières sur des cartes permet de mieux la comprendre en soulignant des zones de qualité homogène qui regroupent plusieurs stations proches.
La proximité hydrologique est le plus souvent privilégiée pour la présentation des cartes de qualité à l'échelle nationale : on visualise les stations appartenant à un même bassin versant (par exemple les 55 bassins versants RNDE). A condition de tenir compte de la représentativité hydro-spatiale des stations qui sont situées dessus, on peut aussi effectuer des bilans de qualité sur ces mêmes bassins versants.
Mais ces zonages qui ne prennent en compte que l’homogénéité hydrographique, s'ils sont faciles à mettre en œuvre, n'ont a priori que peu de valeur explicative par rapport aux principaux paramètres de pollution (nitrates, pesticides, etc.) :
Ils regroupent en effet des stations avec des sols, des reliefs et des pressions anthropiques qui ne sont, sauf exception pour les plus petits de ces bassins, pas homogènes. On mélange par exemple la qualité de stations situées en amont et en altitude avec celle d'autres stations situées en aval et en plaine parce qu'elles sont sur les affluents d'un même cours d’eau. Et quand en plus on effectue des moyennes géographiques de moyennes annuelles ponctuelles sur cet ensemble de stations à problématiques différentes, souvent mesurées de façons différentes et dont la qualité est liée de l'amont à l'aval, on obtient du grand n'importe quoi qui ne peut servir à grand-chose.

Eau-Evolution s'est donc attaché, nonobstant de faibles moyens cartographiques, à présenter un fond géographique explicatif de la qualité de l’eau (ou selon les paramètres, des sédiments et des MES) qui présente de l’intérêt et de la pertinence :
-Pour comprendre la répartition géographique des pollutions des eaux superficielles.
-Pour répondre aux questions que l’on se pose actuellement sur les impacts des grands types d’activité anthropique (agriculture, secteurs domestiques et industriels).
-Pour permettre la mise en évidence des évolutions de la qualité de l’eau et de l’impact des différents secteurs d’activité.

Le zonage Eau-Evolution détermine en effet des grands groupes de stations homogènes :
-Sur le plan physique (sol, relief, climat, hydrologie)
-Sur le plan des pressions polluantes, avec deux types de pressions a priori indépendantes : les pressions agricoles et les pressions urbaines et industrielles.
=> Des fonds adaptés pour expliquer la qualité des eaux de surface

Bien entendu, le fait de présenter une carte de qualité parlante sur le plan des proximités entre stations n'exclu pas ce qui fait la base de la pertinence de toute carte de qualité : la pertinence de la méthode d'évaluation de la qualité station par station à partir des données brutes. Les jolis points colorés sur une carte ne doivent pas faire oublier comment ces couleurs ont été obtenues et si elles ont une réelle valeur informative.
Il faut en particulier se méfier des méthodes basées sur des moyennes qui occultent la problématique des concentrations élevées et de la période où elles ont lieu. Ces méthodes occultent aussi la réalité de données inadaptées et insuffisantes (données trop peu fréquentes, période des pics de concentrations mal mesurée, beaucoup de valeurs non quantifiées, limites analytiques trop élevées, etc.) qui ne permettent pas le calcul de ces moyennes. Une moyenne annuelle (ou toute autre statistique) effectuée à partir de 52 mesures/an selon le rythme de 1 mesure/semaine n'a pas du tout la même pertinence qu'une moyenne calculée à partir de 4 mesures/an !
Du grand n'importe quoi aussi pour les méthodes (percentile 90) prétendant décrire des concentrations maximales tout en écrêtant les pics de concentration, alors même que la plupart des données ne permettent pas de mesurer ces pics ! Le fait que ces écrêtages dépendent de la fréquence des mesures augmente encore à la confusion des résultats ainsi obtenus. Et que dire des couleurs des points par "classes de qualité" (généralement bleues, vertes, jaunes, orange ou rouge) très larges qui regroupent dans une même classe des valeurs des concentrations très différentes et qui empêchent de voir la progressivité des pollutions dans l'espace et dans le temps ?
Toutes ces méthodes donnent donc une image confuse et grossière des pollutions. Elles ne permettent pas les comparaisons ni d'une année sur l'autre ni entre stations.

Eau-Evolution s'attache donc à produire des évaluations au plus prés de la réalité des concentrations mesurées et au plus prés de la réalité des données, de façon à présenter une carte de qualité la plus pertinente possible et la plus facile à interpréter, donc :
-Manipuler et lisser le moins possible les données brutes avec toute sorte de moyennes, voire de moyennes de moyennes, d'écrêtages arbitraires, de remplacement arbitraire des valeurs non quantifiées par LQ/2, etc.
-Présenter des traitements statistiques simples et robustes, sans chercher à faire dire aux données des choses que leur qualité réelle ne permet pas de dire.
-Ne pas produire d’évaluations globales pour la France entière ou pour toute partition de ce territoire, mais seulement pour les quelques zones géographiques dont l'homogénéité le permet. Ces groupes de station sont homogènes, et donc ne couvrent pas, par construction, toute la surface de la France de façon représentative. Mais ils permettent, lorsqu'ils existent, d’expliquer la qualité des rivières et de produire des statistiques sur son évolution. Ces statistiques ne peuvent être présentées qu'à titre indicatif dans la mesure où les moyens de calculs de Eau-Evolution ne permettent pas de prendre en compte la représentativité hydro-spatiale des stations autrement qu'en affichant systématiquement les effectifs réels pris en compte, ce qui ne résout évidement pas les problèmes de la localisation et de la redondance de stations de mesures non indépendantes.
=> Des méthodes adaptées pour évaluer la qualité des eaux de surface par station et par groupe de station

Pour résumer la démarche, Eau-Evolution propose des méthodes d'évaluation de la qualité les plus adaptées à la réalité des données et des zonages géographiques qui permettent de répondre aux questions que l'on se pose sur la relation entre la qualité de l'eau et les pressions exercées par le milieu et par l'homme :

Stations de mesure de la qualité sélectionnées + Méthode d’évaluation de la qualité par station || V CARTES DE QUALITE DES RIVIERES POINT PAR POINT (cartes réalisables pour plusieurs dates)

Groupes de stations homogènes + Méthode d’agrégation des qualités ponctuelles || V BILAN ET EVOLUTION DE LA QUALITE SUR DES ZONES GEOGRAPHIQUES PERTINENTES

Les cartes présentées par Eau-Evolution se veulent ainsi des points de vue indépendants et originaux sur la qualité des rivières au niveau national.
Ce sont des évaluations patrimoniales qui n'ont bien entendu aucune velléité à concurrencer les cartes de qualité de qualité "officielles" ni les aspects réglementaires de l'évaluation de la qualité.
Nous espérons qu'elles susciteront de l'intérêt, des commentaires constructifs et peut être des vocations pour faire progresser ce type de point de vue.

Qualité de l’eau et son évolution station par station (cartes de points)

Qualité de l’eau station par station

Les concentrations maximales sont pratiquement le seul choix réalisable compte tenu de la fréquence le plus souvent très insuffisante pour calculer une moyenne annuelle pertinente. La valeur la plus élevée rencontrée dans l'année sur une station de mesure laisse augurer de l'ampleur des pollutions et de la gamme des autres valeurs susceptibles d'être mesurées tout au long de l'année sur cette même station.
Les moyennes annuelles ne pourront être calculées qu'à la condition expresse d’avoir des mesures suffisamment fréquentes, bien réparties chaque mois et peu de valeurs non quantifiées. Ce qui est rarement le cas pour les données à l'échelle de l'ensemble du territoire. De toute façon, le point de vue des moyennes annuelles sur les distributions des concentrations ne peut en aucun cas dispenser de celui des concentrations maximales. Les moyennes sont à utiliser avec beaucoup de précaution lorsque l'on s'adresse à la vie et à la nature. Un poisson, une algue ou un petit invertébré ne vit pas dans une qualité d'eau "moyenne". Un SDF ne meurt pas d'une température moyenne hivernale, une crue peut passer inaperçue dans un débit moyen, etc.

Nous ne retirons pas les concentrations les plus élevées (sauf valeur manifestement erronée, ce que nous signalons au cas par cas). Cela ne pourrait se justifier que si on mesurait réellement les pics de concentration, ce qui n'est jamais le cas car les fréquences de mesure sont très insuffisantes à ce point de vue et on présenterait donc une image peu cohérente des pollutions réelles.

Les classes de qualité pré-imposées sont bannies : leurs limites sont forcément arbitraires et empêchent de voir la gradation des pollutions dans l'espace ni leur évolution dans le temps. Elles empêchent aussi en particulier de constater l'ampleur réelle des concentrations élevées.
Dans le cas des systèmes d'évaluation de la qualité réglementaires (SEQ), ces limites évoluent d'un système d'évaluation à l'autre (SEQ V1, SEQ V2, SEEE, etc.) entraînant une confusion tout à fait anti-pédagogique. De plus, la qualité réglementaire regroupe souvent plusieurs paramètres qui ne sont pas forcément mesurés partout, si bien que l'information délivrée est difficilement exploitable.

Les méthodes ne sont bien entendu pas les mêmes selon que l'on s'adresse aux macropolluants ou aux micropolluants.
Mais, pour chaque type de pollution, on éliminera les stations trop mal mesurées afin que l'indicateur ait un sens. Par exemple, publier le maximum des concentration de nitrates sur une station qui ne comporte aucune mesure en période hivernale n'aurait aucun sens.
En matière de limites analytiques, l'information "< LD" ou "< LQ" contenue dans les données brutes sur l'eau ne correspond malheureusement pas aux définitions théoriques des limites de détection (LD) ou de quantification (LQ) : "En pratique, les laboratoires ne font pas la distinction entre limite de détection et limite de quantification et la seule information disponible aujourd’hui est la limite de quantification" (SOeS 2010). Il est nécessaire d'en tenir compte lorsque l'on souhaite analyser et exploiter ces données. Plutôt que d'attribuer une valeur arbitraire comme par exemple "LQ/2" aux résultats non quantifiés ("nq" signifie "analyse non quantifiée") et comme toutes les limites analytiques renseignées dans les données sont probablement des limites de quantification, nous préférons proposer systématiquement deux types de cartes, en attribuant aux données en-dessous des seuils de quantification soit la valeur "LQ" ("nq = LQ") soit la valeur "0" ("nq = 0") : le lecteur sait que la réalité se situe entre les deux résultats extrêmes présentés et c'est la seule chose dont on puisse être scientifiquement certain. Ces deux options permettent ainsi de rester toujours au plus près des données brutes.

Cas des macropolluants

Eau-Evolution présente donc, sauf exception et/ou complément, les maximum des concentrations pour les mesures effectuées dans l’année de la carte ou sur les 5 dernières années.

Cas des micropolluants

Il faudra sans doute souvent produire des cartes de qualité regroupant plusieurs années de mesures, les 5 dernières années par exemple, à cause du manque de données et de leur absence certaines années ou pour intégrer certaines variables climatiques.

-Evaluation substance par substance :
Eau-Evolution retient les maximum des concentrations pour l’année (ou éventuellement les 5 dernières années).

-Evaluation du cumul des substances par prélèvement :
Eau-Evolution retient les maximum des nombres de substances quantifiées par prélèvement, des sommes des concentrations par prélèvement lorsque cela a du sens, et des sommes des doses toxiques par prélèvement lorsque cela a du sens. Les cumuls peuvent être considérés de façon globale pour toutes les substances ou par famille de substances (HAP, PCB, Pesticides, etc.).

-La qualité de la recherche :
Eau-Evolution retient les maximum des nombres de substances recherchées par prélèvement. Pour les limites analytiques, on pourra proposer les LQ minimum ou maximum utilisées sur chacune des stations mesurées.

Les cartes peuvent aussi s'intéresser aux supports sédiments ou MES pour certaines familles de micropolluants peu solubles dans l'eau (pas de toxicité dans ce cas-là).

Sélection des stations

Pour les paramètres saisonniers, il faut vérifier que les saisons stratégiques (pour les pics de concentration, pour l'impact sur la vie aquatique, etc.) sont bien mesurées (fréquences, LQ, etc.). Pour les paramètres non saisonniers, il faut vérifier que les mesures couvrent l'année de façon suffisamment soutenue et régulière.
Compte tenu de la mauvaise qualité générale des données, Eau-Evolution est amené à faire des compromis pour pouvoir laisser quelques stations sur la carte, mais la transparence de la sélection effectuée pour chaque carte permettra au lecteur de juger par lui-même de la représentativité de cette carte de qualité.

Evolution de la qualité de l’eau station par station

Pour certains paramètres, on pourra présenter un large panel de cartes de qualité annuelles. Pour d'autres, l'historique des données disponible ne pourra pas le permettre.

On pourra aussi produire des tableaux présentant, station par station, la qualité sur plusieurs années pour certaines stations disposant d'un historique bien fourni.

Qualité de l’eau et son évolution sur une zone géographique homogène

Les questions auxquelles Eau-Evolution souhaite pouvoir apporter une réponse sont : Quelles concentrations rencontre-t-on sur la zone ? Quelle évolution pour les concentrations rencontrées sur la zone ?

Pour y répondre, il faut définir une méthode pertinente pour agréger les qualités ponctuelles de chaque station de mesure. Sachant que l'on ne veut absolument pas de chiffres synthétiques qui ne veulent rien dire ou qui sont très difficiles à interpréter, genre moyennes géographiques de moyennes temporelles qui masquent les pics et avec des critères inadaptés de sélection des stations correctement mesurées. On souhaite présenter des graphiques suffisamment détaillés à partir de statistiques les plus simples et les plus robustes possibles et systématiquement étayées par les effectifs réels des échantillons pris en compte.
La présentation du nombre de stations mesurées/mois permet au lecteur de juger par lui-même de la représentativité en effectif souvent insuffisante pour certaines années ou certaines périodes des résultats présentés. Comme expliqué précédemment, la question de la représentativité hydro-spatiale des échantillons ne dépend pas que de leurs effectifs, même s'il reste constant sur deux années consécutives, et elle ne peut pas être traitée sans moyens de calcul importants (SIG). Toutes ces statistiques ne sont donc fournies qu'à titre indicatif et les comparaisons interannuelles sont systématiquement entachées du manque de représentativité hydro-spatiale des échantillons de stations.

Concernant les micropolluants, on ne peut absolument pas calculer l’évolution de la qualité relative aux cumuls (concentration totale, nombre de substances quantifiées, etc.) car les mesures sont trop irrégulières et inhomogènes dans l’espace et dans le temps, sans parler des limites analytiques trop élevées et variables. Si bien que l'on ne calculerait en fait que l’évolution de la qualité de ces mesures. Cette mauvaise qualité des données (LQ trop élevées et variables, fréquences insuffisantes, etc.) qui entraine en particulier un grand pourcentage de valeurs non quantifiées, plus le nombre relativement faible des stations mesurées donc de la quantité de données, ne permet pas non plus d'envisager l'application de cette méthode pour évaluer l'évolution de la qualité substance par substance.

Excepté pour quelques graphiques particuliers supplémentaires adaptés à tel ou tel paramètre, nous présenterons les graphiques sur le modèle de ceux exposés dans les deux paragraphes suivants.

On trouvera dans "La pluviométrie annuelle en France des années 1950 à nos jours" une aide importante pour interpréter la qualité de l’eau et son évolution (il ne s'agit malheureusement que de données globales par année et nationales). Afin de faciliter l'interprétation du couplage pluviométrie/concentrations susceptible d'être important pour certains paramètres, Eau-Evolution a choisit d'utiliser pour ses différentes représentations graphiques des échelles de temps qui respectent les grands cycles pluviométriques pluriannuels. L'ensemble des données disponibles va de 1971 à 2007, mais certains graphiques zooment donc sur les périodes 1988 à 2007 ou 2003 à 2007.

Qualité de l’eau par zone

Chaque mois, on présente un bilan statistique des concentrations rencontrées sur l’ensemble des stations mesurées de la zone. On définit ainsi une "méta-station" résumant la "zone X" et pour laquelle on fournit la qualité sur chacun des 12 mois de l'année.

-Une méta-station "zone X" en 2007 :
Pour chaque mois, minimum, centile10, centile 25, centile 50, centile 75, centile 90 et maximum pour les stations mesurées sur la zone "X" (et nb de stations mesurées/mois).

-Une méta-station "zone X" regroupant les 5 dernières années (2003 à 2007) :
Les pressions polluantes n’ont a priori pas beaucoup évolué durant les 5 dernières années qui regroupent un mini-cycle (2003 à 2005) et un début de cycle pluviométrique (2006/2007) au niveau national (cette période courte peut être adaptée aux données pluviométriques régionales si elles sont disponibles). L’intérêt de prendre plusieurs années est que les mesures disponibles sont plus nombreuses.
On regroupe tous les stations par mois : tous les mois de janvier 2003 à 2007 ensemble, etc. Pour chaque mois, minimum, centile10, centile 25, centile 50, centile 75, centile 90 et maximum pour les stations mesurées sur la zone (et nb de stations mesurées/mois).

-Une méta-station "zone X" en 1971 ou tout autre année ancienne :
Pour servir de référence, on peut prendre l’année la plus ancienne mesurée.

Evolution de la qualité de l’eau par zone

Les statistiques présentées peuvent être plus ou moins détaillées selon la durée de l'historique que l'on souhaite afficher. Un nombre d'années présentées important nécessite d'alléger les variables présentées.

Statistiques succinctes

On présente uniquement les minimum, maximum, moyennes et médianes par mois pour les stations mesurées de la zone.

-L’évolution de 1971 à 2007, et un zoom de 1988 à 2007 (les 3 derniers grands cycles pluviométriques), des concentrations mensuelles :
Moyenne, médiane, minimum et maximum par mois pour les stations mesurées sur la zone (et nb de stations mesurées/mois).

-L’évolution de 71 à 2007 des concentrations annuelles moyennes :
Chaque année, les moyennes annuelles sont calculées sur la base des 12 concentrations mensuelles moyennes pour les stations mesurées sur la zone. La moyenne calculée de cette façon prend ainsi mieux en compte les pics de concentrations : car tous les mois de l’année sont représentés. Ce graphique est réservé aux amateurs de moyennes annuelles, doit être utilisé avec circonspection, et ne peut largement être appliqué à tous les paramètres ni à toutes les zones car pas assez de stations, stations trop changeantes, fréquences de mesures trop faibles, trop de valeurs non quantifiées, etc.

-L’évolution de 1971 à 2007 des concentrations d’une même saison :
Pour le même trimestre de chaque année, moyenne, médiane, minimum et maximum pour les stations mesurées sur la zone (et nb de stations mesurées/mois).

Statistiques détaillées (boîtes à moustaches améliorées)

Dans ce cas, on présente tous les centiles (10, 25, 50, 75 et 90) ainsi que la moyenne par mois pour les stations mesurées de la zone.

-L’évolution de 2003 à 2007 (5 dernières années) des concentrations mensuelles :
Pour chaque mois, minimum, centile10, centile 25, centile 50, centile 75, centile 90 et maximum pour les stations mesurées sur la zone (et nb de stations mesurées/mois).

-L’évolution de 71 à 2007 des concentrations d’une même saison :
Pour le même trimestre de chaque année, minimum, centile10, centile 25, centile 50, centile 75, centile 90 et maximum pour les stations mesurées sur la zone (et nb de stations mesurées/mois).

Construction de zones géographiques homogènes

Les zonages explicatifs doivent définir des groupes de stations homogènes et doivent aussi avoir un sens au niveau de la qualité des rivières :
-avec les mêmes types de sols, de relief, de pratiques agricoles, et dont les cours d’eau drainent autant que possible la zone et non pas une zone en amont. Pour les grands cours d'eau, la qualité des stations devra bien évidemment être observée en tenant compte des caractéristiques des zones en amont.
-avec une surface suffisante pour avoir un impact sur la qualité de l’eau et pour permettre d’en suivre l’évolution.
Ces zonages privilégient le caractère explicatif et n'ont aucune prétention d'exhaustivité. Ils décrivent deux types de problématiques :

Les pressions agricoles avec 18 "zones agricoles"

________Zones agricoles________	_________Sol_________	____________________Occupation du sol____________________	____Habitat____
Alpes et Jura	calcaire (et silice)	forêt et élevage extensif	faible
Alsace	silice	vignobles et grandes cultures	dense
Bretagne	silice	élevage intensif	moyen
Charente	calcaire	vignobles, grandes cultures et polyculture	moyen
Corse	silice	élevage extensif, vergers et mixte	faible
Coteaux Sud-ouest	calcaire	grandes cultures, élevage intensif et mixte	moyen
Gironde	calcaire	vignobles	moyen
Landes	silice	forêt et grandes cultures	faible
Lorraine	calcaire	mixte et grandes cultures	dense
Massif central	silice	forêts et élevage extensif	faible
Bordure méditerranéenne	calcaire	vergers, vignobles et mixte	dense
Nord	silice	grandes cultures et mixte	dense
Normandie	silice (et calcaire)	élevage intensif	moyen
Pays nantais	silice (et calcaire)	mixte, polyculture et élevage intensif	dense
Plaines céréalières	calcaire	grandes cultures et maraichage	dense
Pyrénées	silice	forêt et élevage extensif	faible
Saône et Rhône	calcaire	vergers, vignobles, grandes cultures, polyculture et mixte	dense
Vosges	silice	forêt, élevage extensif et mixte	faible

Et le fond explicatif suivant pour ces zones agricoles au sens large :

Les pressions urbaines et industrielles avec 14 "zones villes-industries"

________Zones Villes-Industries________	_________Rivière_________
Pau	le Gave de Pau
Toulouse	la Garonne
Angoulême	la Charente
Limoges	la Vienne
St Etienne	la Loire
Lyon à Valence	le Rhône
Mulhouse à Strasbourg	l'Ill
Nancy à Thionville	la Moselle
Lille-Valencienne	Divers
Antibe-Nice	Divers
Marseille-Marignane	Divers
Paris	la Seine
Rennes	la Vilaine
Orléans à Tours	la Loire

Et le fond explicatif suivant pour ces zones urbanisées et/ou industrialisées :



Toutes les agglomérations, dont en particulier celles qui ne sont pas situées (configuration hydrographique) de façon à ce que l'on puisse voir l'impact direct de leurs rejets dans les rivières ne figurent bien entendu pas sur ce fond explicatif.


Ces 2 fonds distincts peuvent être superposés pour donne un fond explicatif de l'ensemble des activités anthropiques en relation avec la pollution des eaux superficielles :



Ces fonds ont été entièrement conçus et programmés en langage PHP à partir de compilation d'informations trouvées dans des cartes et des documents variés du web (géologie, relief, réseau hydrographique, régions agricoles et occupation du sol).

Tous les calculs de qualité de l'eau sont effectués avec Excel 2007. Les cartes de qualité sont fabriquées au moyen de programmes en langage PHP.

Ne disposant pas de logiciels cartographiques ni de fonds hydrographiques ou géographiques publics, les cartes présentées ne sont pas forcément performantes sur la forme. En particulier, la position des rivières n'est pas toujours très précise.
Eau-Evolution demande donc au lecteur de s'attacher plutôt au contenu des cartes, avec une évaluation de la qualité de l'eau transparente et indépendante, et avec des fonds explicatifs qui permettent des calculs de bilan et d'évolution de la qualité par zone qui ont un sens.





Création : 14 décembre 2009
Dernière actualisation :

sbkatt, le 2011-11-23 20:21:24

Bonjour, je souhaitais féliciter l'auteure de ce site particulièrement bien documenté, riche en informations, et dont les cartes permettent d'avoir à disposition un traitement analytique qui ne nous serait pas accessible par la simple interprétation des données brutes, certes publiques mais pas facilement exploitables.
En créant ce site Mme Spiteri a eu le courage de prendre le contre-pied du discours politique actuel, plutôt enclin à atténuer les problèmes, évacuer les difficultés, et dissoudre les enjeux dans de faux débats.

MOMO, le 2012-04-11 12:12:31

Merci pour votre travail et votre analyse pertinente. C'est un très bon support et c'est très bien documenté. Ce site est vraiment utile !

tof, le 2012-12-15 20:29:11

merci et continuez votre combat !!!