La base de donnée sur les nutriments

Caractéristiques générales des sites et données

La base de données inclut 70 stations pour les MES, 47 stations pour les SDT, 20 stations pour les nutriments dissous (nitrate, ammoniaque, orthophosphate) et 14 stations pour les nutriments totaux (Phosphore total, azote Kjeldahl total), totalisant plus de 2000 années stations. Cette base de données est la plus importante utilisée à ce jour pour déterminer les incertitudes sur les flux. La base de données est constituée à plus de 80% de rivières américaines (Figure 2-1). Ces stations couvrent une gamme très large de conditions hydrologiques, climatique, lithologique, d’occupation du sol. Les caractéristiques de chaque station sont détaillées au tableau 2-1 où les stations sont classées par valeurs croissantes de l’indicateur de durée des flux de matière, M2%. La base de données MES est composée de stations disposant de 3 à 42 ans de données journalières de concentrations et débits. Ces stations regroupent des bassins versant de taille moyenne à très grande (500 km² à 1 800 000 km², médiane = 9 000 km²) avec des caractéristiques de variabilité hydrologique et sédimentologique contrastées. Les débits spécifiques varient de 0.05 l/s/km², pour des rivières à régime semi aride ou aride, jusqu’à 40 l/s/km² pour certaines rivières de la côte Pacifique. Les gammes de concentrations sont également très grandes pouvant dépasser les 20 000 mg/l pour des rivières californiennes (Tramblay et al., 2010). Les flux spécifiques de MES varient de 3 t/an/km² à 7 300 t/an/km². Ceci se traduit par des gammes de variabilités des indicateurs de durée des flux d’eau (W2%) et de matière (M2%) très élevées. Les valeurs de M2% peuvent même atteindre 98%, c’est-à-dire que 98% du flux de matière (en année moyenne) est transporté en une semaine. Différents types de relation concentrations-débits sont également représentés avec une très large majorité du type c-C (55 stations) puis s-C (13 stations) et enfin une station pour chaque type s-S et c-S Cette base de données en MES offre donc un large panel de stations qui permet d’étudier les incertitudes sur les flux pour des rivières avec une variabilité des concentrations et des débits faible comme la Seine, jusqu’à des rivières « éphémères » de milieu aride ou semi aride, comme certaines rivières californiennes.

Stations nutriments dissous et totaux

La base de donnée sur les nutriments regroupe les nutriments dissous (ammonium, nitrate et phosphore dissous) et les nutriments totaux (phosphore total, azote Kjeldahl). Les données de concentrations et de débits journaliers sont issues de stations localisées sur les tributaires du Lac Erié. Pour l’ammonium et les nitrates, nous disposons également des données pour trois rivières françaises : l’Oise à Méry, la Marne à Neuilly et la Seine à Choisy, qui sont localisées sur la figure 2-2. Seule la station Vermilion aux USA a été éliminée de la base de données car les données n’étaient pas exploitables. Figure 2-2 : Localisation des stations nutriments issues de la base de données des tributaires du Lac Erié La gamme de bassin versant est moins étendue que pour les MES, allant de 1 800 à 31 000 km². Les caractéristiques de débit et charge spécifiques ainsi que l’occupation du sol sont indiquées par station dans le tableau 2-2. Les tributaires dans la partie ouest du lac Erie sont caractérisés par un régime hydrologique influencé par la fonte des neiges et un couvert forestier important, avec des concentrations plus faibles en phosphate et nitrate, mais plus important en azote Kjeldahl. Les rivières Grand et Cuyahoga sont impactées par les activités urbaines et industrielles (Richards, 2002). Les autres rivières tributaires du lac Erie ainsi que les stations du bassin de la Seine sont plus agricoles, ce qui explique les concentrations plus importantes en nitrate (concentration moyenne inter- annuelle pondérée par les débits entre 13 et 18 mg/l NO3). Les caractéristiques des stations diffèrent selon les nutriments avec une variabilité des flux, M2%, variant de 7 à 24 % pour l’ammonium, 6 à 21% pour les nitrates, 13 à 76% pour le phosphore dissous et de 17 à 36% pour les nutriments totaux.

Le comportement des concentrations en nutriments avec les débits est rarement linéaire et ainsi plusieurs types de relation C-Q sont représentés : avec le débit. Dans la suite de ce travail, nous allons utiliser l’annotation SDT pour la conductivité électrique proxy des sels dissous totaux. La base de données est constituée de rivières américaines (Figure 2-3). Ces stations couvrent une gamme très large de conditions hydrologiques, climatiques, lithologiques, d’occupations du sol. Les caractéristiques de chaque station sont détaillées dans le tableau 2-5 où les stations sont classées par ordre croissant de l’indicateur de durée des flux de matière, M2%, croissant. La base de données en sels dissous totaux est donc composée de 47 stations avec 4 à 27 ans de données couvrant des gammes de taille de bassins versant de 700 à 1 100 000 km² (médiane= 13 000 km²). La médiane des débits spécifiques est plus faible par rapport aux stations MES et nutriments, avec un minimum de 0.01 l/s/km² pour Canadian R. Texas. En effet nous avons souhaité une gamme de concentration très étendue aussi bien pour les matières solides en suspension que pour les sels dissous totaux. Les valeurs extrêmes de conductivité électrique dépassent les 10 000 µS/cm pour les conditions arides ou semi-arides où il y a formation d’évaporite (Texas, Arizona et Colorado). La gamme de variation du M2% est moins étendue que pour les autres paramètres avec des valeurs allant de 3 à 19%. La gamme de taille des bassins versants est quant à elle très étendue. Les différentes caractéristiques par stations sont présentées dans le tableau 2-3. Sur les 47 stations de la base de données sels dissous totaux, cinq types sont représentées avec une majorité de type d-D (34 stations) puis s-D (5 stations), c-D (5 stations), s-S (2 stations), d-S (1 station),..