Voir l'état des eaux et son évolution - rivières et aquifères

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Des données brutes aux graphiques : que calculer pour décrire l’état des eaux ?


Résumé : Eau-Evolution propose quelques méthodes et modèles de graphiques simples pour construire des courbes d’évolution des concentrations, pour calculer des flux polluants, pour construire des graphiques sur la contamination et la toxicité des eaux, etc.

L’objet de cet article est de présenter une compilation des calculs et des graphiques que chacun peut réaliser avec un minimum de connaissances à partir des données brutes sur l’eau. Le lecteur pourra approfondir les exemples concrets présentés en consultant les articles dont ils sont extraits et qui sont indiqués en tête des paragraphes correspondants.

Excepté pour les calculs de flux, tous les autres calculs sont extrêmement simples, mais demandent néanmoins beaucoup d’attention et d’organisation.

Tous les traitements proposés, les courbes et les graphiques sont réalisables avec Excel 2007. Quelques programmes en PHP par exemple peuvent cependant faciliter le traitement des données sur les substances chimiques lorsqu’elles sont nombreuses.

Télécharger et comprendre les données brutes




Que faire avec les données brutes quantitatives ?

Que faire avec les données de débit des rivières ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La rivière "la Vilaine" à Rieux (3) : évolution des débits de 1970 à 2008

Décrire l’évolution des débits mensuels ou annuels

-Chronologie des débits mensuels, en faisant apparaitre les données manquantes :


-Chronologie des débits annuels, en faisant apparaitre les données manquantes :


-Débits mensuels moyens :


Zoomer sur certaines saisons

-Chronologie de débits mensuels pour des périodes de l’année particulières comme l’étiage :


Que faire avec les données de piézométrie des nappes ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La nappe "Eocène Adour-Garonne" à St Jean d'Illac : chute du niveau de 1965 à 2008


-Evolution du niveau d’une nappe dans la zone d’un piézomètre bien renseigné :




Que faire avec les données brutes de qualité générale ?

Que faire avec les données de qualité générale des rivières ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La rivière "la Vilaine" à Rieux (1) : hausse des concentrations de nitrates de 1971 à 2008


Construire des courbes d’évolution

-Chronologie des concentrations mensuelles en faisant apparaitre les données manquantes :


Zoomer sur certaines saisons

-Chronologie des concentrations mensuelles pour des périodes de l’année particulières comme les lessivages hivernaux :


Calculer des flux de polluants

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La rivière "la Vilaine" à Rieux (2) : deux millions de tonnes de nitrates en trop déversés à l'océan depuis 1971


Les calculs de flux demandent d’associer les données de qualité de l’eau et les données de débits. On ne peut pas calculer des débits pertinents si les fréquences de mesure de la qualité de l’eau ne sont pas suffisamment élevées, d’au moins 24 mesures/an et plus en périodes de crues. Lorsque les données de débit ne sont pas disponibles sur la station de mesure de la qualité de l’eau, il faut les corriger au prorata des surfaces des deux bassins versants.
Le principe du calcul des flux est relativement simple. Exemple : le 19 mars 2007, à Rieux, la concentration de nitrates était de 39 mg/l et le débit journalier de 140 m3/s. Ce jour-là, au niveau de Rieux, la Vilaine a donc véhiculé vers l'océan : 0,0864 x 39 x 140 = 471,7 tonnes de nitrates (0,0864 = 3600 x 24 /1 000 000).
Il faut ensuite transformer ces flux journaliers en flux mensuels. Pour cela, on se sert des données de débit mensuel de l'année ou des données de débit moyen mensuel interannuel, selon que l'on veut respectivement calculer le flux réel de l'année, ou le flux ajusté à débit constant.
Libre à chacun d’utiliser des méthodes de calcul beaucoup plus élaborées, en remplaçant par exemple les concentrations manquantes au moyen d’interpolations linéaires, etc.

Calculer des flux réels

-Chronologie des flux annuels réels :
Ces flux "réels" représentent la masse réelle de nitrates déversés dans la baie de Vilaine. Ils dépendent non seulement de la pollution des sols par les nitrates, mais aussi de la pluviométrie annuelle. Donc, bien qu'ils donnent une bonne image de la pollution réelle par les nitrates, ils ne permettent pas d'en voir l'évolution.

Calculer des flux ajustés à débit constant

-Chronologie des flux annuels ajustés :
Ces flux "ajustés à débit constant" sont les flux réels que l'on trouverait si le débit annuel était le même d'une année sur l'autre, égal au débit moyen interannuel de la Vilaine. Ce n'est pas le cas. Ces flux "ajustés" sont donc des flux fictifs. Ils ne donnent pas une image exacte des flux de nitrates, mais ils permettent par contre d'en voir l'évolution.

Que faire avec les données de qualité générale des nappes ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La "nappe de Beauce" à Nottonville : évolution des nitrates, chlorures, dureté et pesticides, de 1985 à 2007


-Chronologie des concentrations ponctuelles, en faisant apparaitre les données manquantes :




Que faire avec les données brutes sur la contamination chimique ?

Que faire avec les données de qualité chimique de l’eau des rivières ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
-La rivière "l'Ill" à Huttenheim (1) : contamination chimique et toxicité de l'eau (HAP, PCB, pesticides, autres substances de synthèse et métaux)
-La rivière "le loir" à St-Denis-les-Ponts : aperçu de la toxicité et de la contamination chimique de l’eau et des sédiments
-La qualité de la recherche récente des substances chimiques dans les cours d’eau (1) : l’éventail des substances, les fréquences des mesures et les limites analytiques pour la période 1998 à 2008


Décrire la contamination

-Nombres de substances recherchées et quantifiées par prélèvement :


-Nombres de substances recherchées et quantifiées par prélèvement avec le détail selon les familles de substances :



Décrire la toxicité

-Nombres de substances quantifiées avec des données de toxicité par prélèvement :


-Toxicité totale par prélèvement :


-Toxicité totale par prélèvement avec la contribution de chaque famille de substances :


Décrire la qualité de la recherche

Pour décrire la qualité de la recherche, en plus des nombres et de la nature des substances recherchées (voir § précédent) et des indications sur les fréquences des prélèvements, on peut présenter les graphiques suivants :

-Nombres de substances recherchées par prélèvement avec ou sans données de toxicité :


-Bassesse des LQ des substances recherchées par rapport à leurs données de toxicité :



-De façon générale, voici ce que l’on peut produire pour décrire la pertinence des LQ :


-Et compléter par l’évolution des LQ, substance par substance, pour vérifier si elles décroissent.

Que faire avec les données sur les pesticides dans l’eau des rivières ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
-La rivière "l'Ill" à Huttenheim (2) : contamination chimique et toxicité de l'eau (les pesticides)
-L’Atrazine et le Déséthylatrazine (1) : les cours d’eau des régions agricoles


Décrire la contamination

-Nombres de pesticides recherchés et quantifiés par prélèvement :


-Nombres de pesticides quantifiés par prélèvement avec le détail selon les familles :


-Evolution de la masse totale des pesticides quantifiés dans chaque prélèvement :


-Evolution de la concentration maximale des pesticides quantifiés dans chaque prélèvement :


-Evolution des concentrations de l’atrazine et du DEA dans les rivières des régions agricoles :



Décrire la toxicité

-Nombres de pesticides quantifiés avec des données de toxicité par prélèvement :


-Toxicité totale des pesticides par prélèvement :


-Toxicité totale des pesticides par prélèvement avec la contribution de chaque famille :


Décrire la qualité de la recherche

Pour décrire la qualité de la recherche, en plus des nombres et de la nature des pesticides recherchés (voir § précédent), des indications sur les fréquences des prélèvements, on peut, comme pour les autres substances chimiques, décrire la bassesse des LQ par rapport aux données de toxicité pour les pesticides qui en ont.

-On peut aussi décrire la bassesse des LQ des pesticides recherchés par rapport au seuil patrimonial de 0,01 µg/L :


-Et compléter par l’évolution des LQ, pesticide par pesticide, pour vérifier si elles décroissent.

Que faire avec les données de qualité chimique des eaux souterraines ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
-La "nappe alluviale de la Saône" au puits de Beauregard : aperçu de la contamination chimique de l’eau
-L’Atrazine et le Déséthylatrazine (2) : les eaux souterraines des régions agricoles

Dans le cas des nappes souterraines, on ne traite pas la toxicité. Les méthodes sont identiques à celle en eaux de surface, sauf qu’il y a en général moins de données.

Décrire la contamination

-Nombres de substances recherchées et quantifiées par prélèvement avec le détail selon les familles :



-Evolution de la masse totale des pesticides quantifiés dans chaque prélèvement :


-Evolution des concentrations des substances problématiques :


-Evolution des concentrations de l’atrazine et du DEA dans les nappes des régions agricoles :




Décrire la qualité de la recherche

Pour décrire la qualité de la recherche, en plus des nombres et de la nature des substances recherchées (voir § précédent), des indications sur les fréquences des prélèvements, on peut présenter les graphiques suivants :

-Bassesse des LQ des pesticides par rapport au seuil patrimonial de 0,01 µg/L.

-Evolution des LQ, substance par substance, pour vérifier si elles décroissent.

Que faire avec les données de qualité chimique des sédiments ou des MES dans les rivières ?

Les exemples concrets présentés ci-dessous sont expliqués de façon détaillée dans :
La rivière "l'Ill" à Huttenheim (3) : contamination chimique des sédiments (HAP, PCB, pesticides, autres substances de synthèse et métaux)

Comme pour les eaux souterraines, on ne traite pas la toxicité. Les méthodes sont identiques à celle en eaux de surface avec là-aussi en général moins de données disponibles.

Décrire la contamination

-Nombres de substances recherchées et quantifiées par prélèvement avec le détail selon les familles :



-On peut ajouter les évolutions de la somme des concentrations des HAP ou des PCB dans les sédiments ou les MES.

Décrire la qualité de la recherche

Pour la qualité de la recherche, en plus des nombres et de la nature des substances recherchées (voir § précédent), et des indications sur les fréquences de prélèvements, on peut décrire l’évolution des LQ, substance par substance, pour vérifier si elles décroissent.


Que faire avec les données de pression ?

Excepté pour les données sur les rejets polluants des établissements industriels, les données téléchargées sont déjà relativement agrégées. Reste à les mettre en forme pour construire les graphiques les plus pertinents possibles.

Que faire avec les données de pression sur la qualité générale ?

Voir par exemple :
Aperçu de la pression sur la ressource en eau (2) : Qualité générale

Que faire avec les données de pression sur la contamination chimique ?

Voir par exemple :
Aperçu de la pression sur la ressource en eau (1) : Micropolluants chimiques

Que faire avec les données de pression quantitative ?

Voir par exemple :
Aperçu de la pression sur la ressource en eau (3) : Quantité


Conclusion

Tous ces exemples de calculs et de graphiques ne sont naturellement pas exhaustifs :
Avec un peu d’expérience, chacun imaginera les traitements et les graphiques les mieux adaptés à ce qu’il souhaite observer et mettre en évidence.

Quelques conseils pour vos débuts :
  • Travaillez sur des fichiers de petite taille et qui concernent une seule station de mesure
  • Observez bien vos données avant de commencer les calculs en traçant quelques courbes et en utilisant le filtre du tableur pour vérifier qu’il n’y a pas d’anomalies (données absentes, unités pas homogènes, etc.)
  • Organisez vos calculs dans un tableur en réservant une feuille de calcul pour chaque étape de façon à en conserver la trace et à pouvoir refaire la même chose avec des données similaires
  • Vérifiez systématiquement vos résultats finaux en revenant directement aux données brutes
  • Essayez de commencer avec des données sur les rivières ou les aquifères situés dans votre zone géographique

C’est en forgeant qu’on devient forgeron, donc jetez-vous à l’eau !



Création : 2 novembre 2009
Dernière actualisation :

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