Modélisation des transferts de nitrates, confrontation des concepts, des données et des informations : application au bassin de la Charente

The aim of this work is focused on the simulation of nitrate concentration at the outlet of rural watersheds. The main objective of this research is to model the transfer of nitrates at various catchment scales. A daily semi-distributed model has been elaborated and tested on Charente sub-catchments (France). An hydrological conceptual model (GR3) has been chosen and adapted to model the transfer of nitrates. The conceptual leaching model is closely linked with the rainfall-runoff model both by hydrological variables and model parameters. The different constituents of the model and its parameters are taken from literature or from measurement or calibrated against data. Principal processes used in modelling are dilution of fertilisers and animal faeces, uptake by plants, chemical, physical and biological transformations in soil and river denitrification. The model was calibrated on a few years, on sub-catchments where runoff and concentration are known for 15 years. Afterwards, the model has been used with average or regionalized parameters on sub-catchments where only one of these variables is known and on basins where there are no data. The final model has been applied on the Charente basin (9500 km2) and on intermediary quality stations, and on the representative and experimental sub-catchment of the Ruiné river (5,5 km2). Results show that our model reproduces correctly general trend of nitrate load to the Marennes-Oléron bay. Seasonal variations of nitrates concentration are well respected on most of the stations. However, a few simulated values are not in good agreement with the measurements. Also, we studied the behaviour of nitrates concentration during floods. We observed the same figures of hysteresis in the runoff-concentration relationship as observed on suspended sediments. These observations showed the complexity of leaching and transfer phenomena on this sub-catchment.La modélisation du transfert de nitrates a été étudiée à différentes échelles de bassins versants. Un modèle semi-distribué à pas de temps journalier a été élaboré et testé sur des sous-bassins de la Charente (France). Il prend en compte les transferts d'azote depuis les apports de fertilisants jusqu'à la dénitrification dans le cours d'eau. Le but principal recherché est la simulation de la concentration en nitrates à l'exutoire des bassins versants. Un modèle hydrologique de type conceptuel (GR3) a été choisi et adapté à la simulation du transfert de nitrates. Le modèle conceptuel de lessivage est relié de manière étroite au modèle pluie - débit, tant par les variables d'état que par les paramètres. Le calage a été fait sur les sous-bassins où sont connus, à la fois, les débits et les concentrations. L'utilisation du modèle est ensuite étendue à des bassins sur lesquels on ne dispose que d'un seul de ces deux termes ou bien d'aucun d'entre eux. Le modèle résultant de ces travaux a été appliqué à la fois sur un grand bassin versant d'environ 9500 km2 (la Charente), sur ses stations intermédiaires de suivi de qualité de l'eau et sur un petit sous-bassin expérimental d'environ 5,5 km2 (le Ruiné). Les résultats montrent que le modèle reproduit d'une manière correcte la tendance à long terme des flux. Les variations saisonnières sont bien respectées pour la plupart des stations à défaut de rendre compte de toutes les valeurs isolées. Le comportement de la concentration en nitrates pendant les crues a été étudié sur le Ruiné à un pas de temps horaire. Nous avons observé, dans la relation avec les débits, des formes d'hystérésis analogues à celles qui se présentent avec les matières en suspension, ce qui témoigne de la complexité des phénomènes de lessivage et de transfert dans ce bassin versant. Ces processus ne peuvent être convenablement reproduits à l'heure actuelle, qu'au prix d'une variation des paramètres du modèle qu'il reste encore à expliquer