# Réserves d'eau pour l'irrigation des cultures PROJET CLIMATVEG 2021 – 2025 Rapport Final Tâche 4.3

Valérie Hequet

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Valérie Hequet. Réserves d'eau pour l'irrigation des cultures PROJET CLIMATVEG 2021 – 2025 Rapport Final Tâche 4.3. IMT ATLANTIQUE. 2025. hal-05517178

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# RÉSERVES D'EAU POUR L'IRRIGATION DES CULTURES
## PROJET CLIMATVEG 2021 – 2025

### Rédacteurs

Valérie Héquet, IMT Atlantique
Etudiants de TEE/TEE*, IMT Atlantique
Etudiant en Master Recherche 2 Quatro, IMT Atlantique

Septembre 2025

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Les
MARAÎCHERS
NANTAIS

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### Contributeurs

Maison des Maraîchers : Laura Boissinot, Sylvain Gérard, Brigitte Pelletier

IMT Atlantique : François-Xavier Blanchet, Eric Chevrel, Yvan Gouriou, Jérôme Martin
Synthèse des travaux

Episodes de canicule, tempêtes, inondations, le dérèglement climatique perturbe les cultures et inquiète les maraichers. « Comment récupérer l'eau de pluie, la stocker, et faire en sorte qu'elle soit disponible à tout moment - et notamment l'été - en quantité suffisante pour répondre aux besoins, tout en préservant sa qualité », c'est la question à laquelle ont été confrontés la Maison des Maraichers et le laboratoire de recherche GEPEA - IMT Atlantique. Pour apporter des éléments de réponse, un site expérimental a été conçu et mis en place à Pont Saint Martin (44). Ce site permet de récupérer les eaux de pluies tombées sur des serres de culture et de les stocker dans des bassins de 200 m³. Les bassins sont instrumentés pour suivre la qualité de l'eau et les quantités d'eau stockée pour ensuite les utiliser en irrigation. Des couvertures différentes recouvrant les bassins ont été étudiées pour freiner l'évaporation.

De façon à mieux gérer les besoins en eau pour l'irrigation et à freiner l'évaporation de l'eau des réserves, trois bassins de stockage ont été mis en œuvre avec des couvertures différentes. Chacun des bassins permet de stocker l'eau avec des volumes connus pour une utilisation pour l'irrigation. Les avantages et inconvénients des différentes couvertures permettent aux agriculteurs et maraichers de faire un choix adapté aux objectifs premiers de mise en œuvre.

Les volumes d'eau de pluie collectée tout au long de l'année, y compris en période d'étiage, sont suffisants pour répondre à la demande en irrigation dans un système de production de légumes feuilles à cycle court. La réserve permet de disposer d'un stock d'eau à tout instant.

La qualité physico-chimique de l'eau est adaptée à un usage d'irrigation. La présence de micropolluants ou de microplastiques reste faible et ne constitue pas un frein à l'usage. Le suivi bactériologique est recommandé mais il n'est pas inhérent au mode de stockage et de couvertures.
# Sommaire

I. INTRODUCTION.................................................................................................................. 4

I.1. Contexte sur les ressources en eau .................................................................................. 4

I.2. Le projet CLIMATVEG ........................................................................................................ 6

I.2.1. Objectifs principaux ........................................................................................................ 6

I.2.2. Organisation des taches ........................................................................................................ 7

II. ETAT DE L'ART.................................................................................................................... 7

II.1. Les réserves pluviales ........................................................................................................ 7

II.2. La qualité de l'eau des réserves .......................................................................................... 10

II.2.1. Qualité physico-chimique des eaux de pluie récupérées à l'aval des toitures .................... 10

II.2.2. Qualité microbiologique des eaux de pluie récupérées à l'aval des toitures .................... 11

II.2.3. Textes de référence sur la qualité des eaux destinées à l'irrigation de culture .................... 11

II.3. Les produits phytosanitaires et leur propagation ................................................................. 13

II.4. Les microplastiques.................................................................................................................. 15

II.4.1. Eléments de définition........................................................................................................ 15

II.4.2. Occurrence des microplastiques dans les eaux douces .................................................... 16

II.5. Les modèles d'évaporation .................................................................................................... 18

II.5.1. Méthode par bilan hydrologique.................................................................................... 19

II.5.2. Méthode par bilan énergétique .................................................................................... 19

II.5.3. Méthode par transfert de masse .................................................................................... 21

II.5.1. Modèles combinés ........................................................................................................ 22

II.5.2. Eléments de conclusion sur les modèles d'évaporation .................................................... 24

III. METHODOLOGIE GENERALE.................................................................................................... 24

III.1. Le site et aménagements........................................................................................................ 24

III.2. Equipements et méthodologie ............................................................................................ 26

IV. SUIVI DES BASSINS SUR 3 ANS ............................................................................................ 29

IV.1. Année 1 : mise en équilibre et premiers résultats ............................................................ 29

IV.1.1. Conductivité .................................................................................................................... 30

IV.1.2. pH.................................................................................................................................................... 31

IV.1.3. Oxygène dissous.................................................................................................................... 32

IV.1.4. Température.................................................................................................................... 33

IV.1.5. Evaporation de l'eau des bassins .................................................................................... 33

IV.1.6. Tentatives d'application des modèles d'évaporation .................................................... 34

IV.2. Années 2 et 3 : consolidations des résultats ................................................................. 38

IV.2.1. Conductivité .................................................................................................................... 38

IV.2.2. pH.................................................................................................................................................... 38

IV.2.3. Oxygène dissous.................................................................................................................... 39

IV.2.4. Température.................................................................................................................... 40

IV.2.1. Analyses complémentaires ............................................................................................ 40

IV.2.2. Evaporation de l'eau des bassins .................................................................................... 45

IV.2.1. Application du modèle d'évaporation ................................................................................ 47
IV.3. Disponibilité de la ressource en eau via les réserves .................................................... 48

V. CONCLUSION GENERALE ..................................................................................................................50

V.1. Bilan de l'étude ................................................................................................................................. 50

V.2. Retour d'expérience ................................................................................................................................. 52

VI. REFERENCES ..................................................................................................................................................52

VII. REMERCIEMENTS ........................................................................................................................................56
# I. Introduction

## I.1. Contexte sur les ressources en eau

L'eau en France est une ressource particulièrement abondante par rapport aux besoins autour de celle-ci (consommation d'eau des particuliers, agriculture, industrie, etc...). Ceci est dû à la présence de nombreuses sources d'eau en surface (lacs, rivières, retenues, cours d'eau, etc...). Plus de 80% des prélèvements d'eau douce viennent de ces eaux de surface. Cependant, si l'on omet l'utilisation de l'eau pour le refroidissement des centrales électriques et l'alimentation des canaux, on obtient un partage plus équilibré (50/50) entre les prélèvements d'eau par les eaux de surface et eaux souterraines. Chaque année, un volume d'eau de 210 milliards de m³ d'eau se renouvelle en moyenne avec environ 31 milliards de m³ de prélèvements en moyenne également [1]. Cela peut paraître soutenable à première vue, mais la situation demeure compliquée car elle dépend de la disponibilité de l'eau au moment voulu. En effet, la période estivale représente la période où le besoin d'eau de prélèvement des nappes phréatiques se fait ressentir à cause d'un stress hydrique important. Le réchauffement climatique risque d'intensifier ces phénomènes et ces besoins de prélèvement, la situation est donc amenée à devenir de plus en plus difficile à gérer.

Actuellement en France, les niveaux d'eau des nappes phréatiques inquiètent. Chaque année, ces nappes peinent de plus en plus à se remplir du fait des épisodes de sécheresse longs et multiples. A la suite de l'hiver 2021-2022, les niveaux étaient déjà peu satisfaisants. L'été le plus chaud jamais enregistré de l'histoire de France n'a pas arrangé cette situation et les niveaux demeurent préoccupants pour la majorité des nappes. En effet, en observant la carte, Figure 1, sur la situation des nappes au 1er octobre 2022 en France réalisée par le bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), on peut remarquer la présence majoritaire de nappes aux niveaux d'eau bas et modérément bas avec une tendance en baisse qui devrait s'inverser avec le début de la période de remplissage. De plus, le remplissage des nappes se fait de plus en plus difficilement avec des épisodes de pluie de nature de plus en plus changeantes. Des pluies intenses, ravageuses qui ruissellent principalement et peinent à s'infiltrer dans les sols du fait également de la végétation et des sols secs. Quelques nappes présentent des niveaux favorables par rapport aux années précédentes mais la grande majorité sont en baisse par rapport aux périodes identiques des années précédentes. Parmi celles qui inquiètent, on peut retrouver les nappes de la Vendée, le Maine et la Touraine ainsi que celles de la Côte d'Azur, de Provence et du sud de la Drôme. Ces données interrogent quant à la gestion des ressources en eau en France et dans ce cas-ci par rapport au contrôle du niveau des nappes phréatiques et donc le contrôle du puisement des eaux en profondeur à des fins diverses [2].
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 1 : Carte française sur la situation des nappes en octobre 2022 [2]</figcaption></figure>

Un grand sujet de controverse actuelle en France lié au stress hydrique est l'usage de l'eau et la priorisation de ces usages en période de sécheresse. En effet, ces périodes de stress hydrique impactent aussi bien les particuliers que les professionnels en industrie ou en agriculture. Se pose donc la question de priorité pour l'accès à l'eau dans ce type de situation.

Des tensions liées aux nécessités d'irrigation pour une agriculture intensive et les besoins des particuliers mais également liées à la question simple du contrôle des réserves en eau se soulèvent. La controverse représentative de ces tensions est celle de la création de réserves de substitution ou "méga-bassines" d'eau à usage agricole. Ces méga-bassines à ciel ouvert, d'un volume pouvant atteindre des centaines de milliers de mètres-cube d'eau, sont censées être remplies en hiver majoritairement par puisement dans les nappes phréatiques lorsque le niveau d'eau de celles-ci peut se reconstituer par la suite.

L'objectif est de disposer d'eau pour l'irrigation des cultures lors des périodes de sécheresses intenses. Seulement, comme énoncé précédemment, la reconstitution hivernale de ces nappes phréatiques est de plus en plus difficile et cette pratique peut menacer la durabilité de ces nappes phréatiques dans un contexte climatique déjà menaçant. A ceci s'ajoutent les craintes par rapport aux écosystèmes avoisinant ces méga-bassines qui pourraient être privés de cette ressource vitale permettant de reconstituer les sols et zones humides en hiver, cela contribuerait dès lors à un accroissement de la sécheresse des sols. De plus, la méthode de stockage fondée sur une eau stagnante génère automatiquement des pertes par évaporation d'eau estimée entre 20 et 60% selon Christian Amblard, directeur de recherche honoraire au CNRS et spécialiste de l'eau et des systèmes hydrobiologiques, ce qui constituerait une perte considérable dans un contexte de stress hydrique, le tout pour subvenir aux besoins en irrigation de l'agriculture seulement [3]. Au moins une centaine de projets sont en cours en France actuellement, et une soixantaine sont localisés en Poitou-Charentes. Une quinzaine de réserves de substitution existent déjà au sud de la Vendée (construite entre 2007 et 2017) et la préfecture de la Vienne a signé récemment un accord pour la construction d'une trentaine de bassines.
L'exemple le plus couvert médiatiquement est celui du projet des seize bassines à Sainte-Soline dans les Deux-Sèvres qui connaît une forte opposition. Une première bassine a été mise en eau à Mauzé-le-Mignon et c'est sur le chantier de construction de la deuxième bassine, située à Sainte-Soline, que des manifestations se sont déroulés. Ces réserves de substitution permettraient de raccorder au réseau 6% des agriculteurs du département, créant dès lors des tensions au sein même du milieu de l'agriculture quant à l'accès à l'eau inégal en période de sécheresse lorsque l'on n'est pas raccordé à ces bassines [3]. Les principaux bénéficiaires de cette eau d'irrigation sont les acteurs de l'agro-industrie qui participent donc à un certain type d'agriculture considérée par un bon nombre dans la partie civile comme une agriculture défavorable à l'environnement et non résiliente, ce qui ne fait qu'augmenter les tensions au niveau du bien-fondé de la nécessité de pomper ces volumes d'eau en période hivernale.

L'ensemble de ces tensions entre politiques, parties civiles et agriculteurs reflètent l'importance, dans le contexte actuel de réchauffement climatique, de l'enjeu de la durabilité et de la maîtrise des ressources en eau en France. C'est pourquoi de nombreuses recherches sur des méthodes de stockage d'eau plus durables, notamment fondées sur la récupération et utilisation des eaux de pluie (RUEP), sont en cours. L'action 4.3 du projet CLIMATVEG s'inscrit dans cette lignée.

# 1.2. Le projet CLIMATVEG

## 1.2.1. Objectifs principaux

L'accélération du changement climatique et de la fréquence des aléas météorologiques est une réalité qui affecte l'ensemble des surfaces cultivées dans la partie ouest de la France. Les filières du végétal y sont de plus en plus confrontées, causant des pertes de compétitivité. Pour anticiper, et sous l'impulsion des Régions Bretagne et Pays de la Loire, le projet CLIMATVEG a été élaboré et lancé en février 2021.

CLIMATVEG est l'association des 2 mots : CLIMAT et VEGETAL. Ce projet porte sur la transition et la durabilité des systèmes de productions végétales face aux changements climatiques au niveau des régions Bretagne et Pays de la Loire. C'est un projet multi-filières dans le domaine du végétal, pluridisciplinaire et multi partenarial (80 partenaires). Il vise à comprendre l'impact du changement climatique pour avoir la capacité d'agir en étudiant différents leviers d'adaptation / d'atténuation liés aux plantes, au sol et à la ressource en eau. L'ensemble des travaux menés contribuera à favoriser la résilience et la durabilité des filières végétales de l'Ouest.

Porté par VEGEPOLYS VALLEY durant 4 années, le projet a permis de produire des projections climatiques et agro-indicateurs afin de coconstruire avec des agriculteurs des scenarii d'adaptation à ces changements.

Sur le thème de « l'amélioration de l'efficience de l'irrigation pour s'adapter aux changements climatiques et aux aléas hydriques » a été travaillé la multifonctionnalité et la performance environnementale des plans d'eau d'irrigation. Les études menées dans le cadre de cette action ont permis :
* d'identifier la typologie des plans d'eau d'irrigation à multiples usages via des exemples concrets ;

* d'identifier le potentiel écologique des réserves d'eau d'irrigation bâchées via une étude menée sur différents plans d'eau en Bretagne et en Pays de la Loire ;

* d'acquérir des références qualitatives et quantitatives sur l'eau d'irrigation stockée en bassin avec différents systèmes de couverture.

C'est sur ce troisième volet que focalise ce présent rapport.

### I.2.2. Organisation des taches

En partenariat avec la maison des Maraîchers Nantais, IMT Atlantique, et plus particulièrement le DSEE et le GEPEA, a pour objectif de réaliser une étude sur la qualité physico-chimique et bactériologique des eaux de pluie recueillies et stockées dans des bassins, avec pour objectif de proposer des solutions techniques pour assurer la meilleure préservation de ces réserves d'eau. Il s'agit d'étudier 3 types de couverture de réserves pour le stockage de l'eau, en suivant des paramètres tels que la teneur en oxygène, la conductivité, le pH ou la température de l'eau, ainsi que d'évaluer la possible présence de micro-organismes ou de micropolluants, pour caractériser la qualité de l'eau. En parallèle de ces suivis, une étude est faite sur la quantité d'eau évaporée en fonction du type de couverture, pour appréhender la configuration de bassin qui limite le plus la perte de l'eau des réserves.

En combinant ces deux aspects de l'étude, cette partie du projet doit pouvoir renseigner sur la typologie de stockage qui permet de satisfaire au mieux les critères de qualité d'eau requise pour l'irrigation des cultures et l'efficacité du stockage en limitant les pertes par évaporation.

Ce document présente dans une première partie l'état de l'art réalisé par des étudiants de IMT Atlantique du parcours TEE (Transition Energétique et Environnementale) et d'un étudiant en Master recherche 2, sur les critères de qualité de l'eau, sur les voies de contamination possible de l'eau par les produits phytosanitaires et les microplastiques, et enfin les méthodologies et modèles décrivant les phénomènes d'évaporation pour les réserves ouvertes. Ensuite sont présentés le site expérimental et l'instrumentation associée pour le suivi de la qualité de l'eau et pour l'évaluation de l'évaporation de l'eau. Cette partie a été réalisée conjointement avec l'équipe de la Maison des Maraîchers où a été créé le site expérimental instrumenté et l'équipe du DSEE en collaboration durant 3 années. Enfin les résultats sont présentés par année et sont associés à des éléments de discussion et un retour d'expérience.

## II. Etat de l'art

### II.1. Les réserves pluviales

La ressource en eau douce se trouve dans les eaux de surface (cours d'eau, lacs) et dans les nappes d'eau souterraines. Un volume moyen de près de 211 milliards de m³ se renouvelle année après année sur le territoire métropolitain, apporté à la fois par les précipitations et par les fleuves et rivières arrivant des territoires voisins (moyenne
1990-2020). Seule une fraction de ce volume est prélevable pour les usages humains, une part importante devant être laissée pour la vie des écosystèmes naturels. Cette part est estimée par l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) à 97 Mdm³ pour la France hexagonale et Corse, soit 46 % de la ressource annuelle. Avec des prélèvements totalisant environ 30 Mdm³ en 2020, les besoins en eau semblent donc couverts à ces échelles de temps et d'espace. Cependant, les plus forts prélèvements d'eau ont lieu en été lorsque la disponibilité de la ressource est la plus faible, ce qui peut provoquer localement de fortes tensions sur cette ressource, ainsi que des pénuries temporaires.

L'eau consommée correspond à la partie de l'eau prélevée non restituée aux milieux aquatiques (il s'agit ainsi de prélèvements nets). Cette part est très variable selon les utilisations. En moyenne, entre 2010 et 2020, le volume annuel d'eau consommée est estimé à 4,1 milliards de m³ en France métropolitaine (soit environ 15 % des 27,3 milliards de m³ d'eau prélevée, hors alimentation des canaux), ce qui représente 64 m³/habitant. L'agriculture est la première activité consommatrice d'eau avec 58 % du total, devant l'eau potable (26 %), le refroidissement des centrales électriques (12 %), et les usages industriels (4 %), cette répartition étant variable selon les bassins [4].

Par conséquent, d'autres sources d'eau d'irrigation doivent être recherchées. Parmi les différentes eaux alternatives, l'eau de pluie récoltée représente une source prometteuse pour l'agriculture.

La Récupération et l'Utilisation de l'Eau de Pluie (RUEP) est une pratique qui consiste à collecter, stocker et utiliser l'eau de pluie issue des toitures. Cette eau de pluie peut être utilisée pour des usages en agriculture, en élevage, des usages domestiques ou industriels. Elle peut être aussi utilisée comme moyen de lutte contre les inondations ou encore comme réserve incendie. Un système de RUEP se compose généralement des éléments suivants : une zone de collecte qui produit des eaux de ruissellement du fait d'une surface imperméable ou d'une faible infiltration ; un système d'acheminement par lequel les eaux de ruissellement sont dirigées, grâce par exemple à des diguettes, des fossés, des canaux et un système de stockage où l'eau est accumulée ou prête à être employée dans le sol, dans des fosses, des mares, des réservoirs ou de petits barrages.

Le captage se décompose en deux fonctions techniques : la collecte de l'eau sur une surface appropriée et l'acheminement de l'eau récupérée vers le stockage [5]. En France comme dans les pays en développement, la collecte d'eau de pluie se fait en général à partir des toitures de façon à limiter la pollution, mais elle peut également se faire sur des surfaces de ruissellement comme des flancs de collines. Pour une collecte optimale, la surface de ruissellement doit être lisse et parfaitement imperméable. Les surfaces de collecte les mieux adaptées sont les toitures de tôle ondulée et galvanisée, ou en fibrociment, non peintes. Il est possible de récupérer l'eau de pluie à partir de toitures végétales, mais les rendements restent faibles et l'eau de moins bonne qualité car davantage chargée en débris organiques [6]. Les eaux sont ensuite acheminées par gravité via les gouttières et les descentes pluviales vers un dispositif de stockage. Les matériaux les plus fréquemment utilisés pour réaliser les gouttières et, les tuyaux de descente sont : le cuivre, le zinc, l'acier inoxydable, la fonte et le PVC. Les eaux collectées peuvent, entre temps, subir un prétraitement. Beaucoup d'installations de récupération des eaux de pluie sont équipées de systèmes
permettant de ne pas stocker les premiers millimètres de pluie ou litres de pluie. En effet, en assainissement urbain, il est souvent affirmé que les premières eaux d'un évènement pluvieux sont particulièrement chargées, parce qu'elles drainent les polluants accumulés par temps sec [5].

Il y a plusieurs facteurs affectant la qualité de l'eau de pluie stockée dans un bassin : les matériaux, le temps de séjour, l'effet de sédimentation, la formation de biofilm. Le stockage est un élément clé pour le fonctionnement de la récupération et utilisation de l'eau de pluie et néanmoins il n'y pas de consensus sur l'influence de stockage sur la qualité de l'eau stockée. Certaines études indiquent une diminution de la population bactériologique au cours du stockage. Cette amélioration de la qualité à la fois microbiologique et physico-chimique des eaux de pluie au cours du stockage est expliquée par les processus naturels qui auraient alors un rôle épuratoire. Au contraire, d'autres auteurs ont constaté l'absence de diminution et ont même mis en évidence une capacité de certains microorganismes à se multiplier durant le. Par conséquence, il existe plusieurs sortes de réserves : citernes et cuves enterrées, cuve de surface couvertes ou non, poches, réservoir terrassé avec géomembrane et silo avec géomembrane, réservoir de stockage en souple, réservoir en béton (figure 2). Tout ce qui permettra de limiter la hausse de la température et l'accès à la lumière agira positivement sur la qualité et la meilleure conservation de l'eau. Cette fonction « stockage » vise à conserver en sécurité l'eau de pluie collectée en quantité et qualité adaptées aux usages visés. L'arrêté du 21 août 2008 indique les règles à respecter dans la conception des réservoirs de stockage d'eau de pluie [7].

Le réservoir peut être relié à un réseau d'évacuation par son trop-plein et un clapet antiretour pour éviter l'introduction de déchets ou d'animaux. La Figure 2 présente quelques exemples de réservoirs de stockage d'eau pluviale [8].

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 2 : Exemples de réservoir de stockage d'eau de pluie en irrigation, bassins de stockage en géomembrane, réservoirs de stockage souple en tissu polyester haute résistance, bassins de stockage en béton [9], [8]</figcaption></figure>

L'utilisation de l'eau de pluie est aujourd'hui une pratique plébiscitée dans bon nombre de projets urbains : elle est souvent présentée comme une approche innovante alors qu'il s'agit en fait d'une pratique ancestrale. C'est pourquoi, il convient plutôt de parler de « retro-innovation » [10]. L'eau de pluie n'est pas une eau potable : elle a été en contact avec des surfaces pouvant être polluées et contient souvent des débris végétaux, animaux ou minéraux, des micro-organismes, des métaux (zinc issu des gouttières, par exemple) et différents aérosols provenant de l'atmosphère [11]. L'eau de pluie peut également être utilisée pour répondre aux besoins en eaux grises comme la chasse d'eau des toilettes, le nettoyage et les utilisations extérieures. L'eau de pluie peut être entreposée dans des bassins de rétention ou dans des silos pour une utilisation à des fins d'irrigation agricole et elle peut également être entreposée dans des réservoirs municipaux. La connexion des gouttières de toit sur les granges et les serres représente une manière facile de recueillir l'eau de pluie à des fins d'irrigation.

## II.2. La qualité de l'eau des réserves

La qualité des eaux de pluies ruisselées en aval de toitures est très variable. Elle dépend à la fois de l'environnement de réception, des matériaux du toit, de la conception et de la nature du système de récupération, des matériaux de la cuve et des conditions de stockage. L'eau de pluie est une eau non potable, car contaminée microbiologiquement (principalement lors du ruissellement de l'eau sur le toit et dans le réservoir ou bassin de stockage) et chimiquement (produits phytosantaires dans la pluie, métaux par ruissellement sur le toit, différents aérosols provenant de l'atmosphère etc.) [12].

### II.2.1. Qualité physico-chimique des eaux de pluie récupérées à l'aval des toitures

La qualité physico chimique des eaux de pluie ruisselées et récupérées à l'aval des toitures regroupe plusieurs paramètres susceptibles d'être altérés :

- **Couleur et turbidité** : l'eau de pluie peut être colorée et turbide, en raison de la présence de matières organiques et de nutriments ;

- **pH** : les eaux de pluie présentent généralement un caractère acide. Leur pH oscille entre 4,5 et 6,5. Après écoulement sur un toit, et durant le stockage, leur
pH peut subir d'importantes hausses, qui peuvent aller au-delà de la neutralité. Les matériaux des toitures (zinc, ciment...) et des réservoirs (fer, plastique, ciment...) jouent un rôle significatif sur le pH ;

- Les ions calcium, magnésium, sodium, potassium, chlorures, sulfates et nitrates sont présents dans les eaux de pluie à des concentrations parfois significatives. Les variations reflètent les différences de matériaux des toitures, l'orientation des toits, la qualité de l'air dans la région, la proximité de la mer, la nature des précipitations ;

- **Pollution chimique inorganique** : certains polluants chimiques, dont des métaux lourds, peuvent être présents dans les eaux de pluie. A ce titre, le plomb, le cuivre, le zinc, le cadmium, le chrome, le fer et le manganèse font partie des éléments les plus fréquemment retrouvés ;

- **Pollution chimique organiques** : les produits phytosantiataires peuvent aussi être présents à des concentrations supérieures aux limites de qualité règlementaires définies pour l'eau potable ; il en est de même pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans les zones très urbaines. En cas d'entretien des toitures en tuiles à l'aide de produits biocides (notamment à base de benzalkonium), les très fortes concentrations en biocides dans les pluies suivant le traitement peuvent avoir des impacts sur les végétaux arrosés et sur l'équilibre microbien de la cuve de récupération. Il convient en conséquence de procéder à la déconnexion des toitures concernées du dispositif de stockage pendant une période d'au moins 3 mois après le traitement [7].

## II.2.2. Qualité microbiologique des eaux de pluie récupérées à l'aval des toitures

La qualité microbiologique de l'eau de pluie collectée en aval des toitures est évaluée à l'aide d'indicateurs de contamination microbiologique générale (flores totales revivifiables, coliformes totaux) et des indicateurs de contamination fécale (coliformes fécaux, Escherichia coli, entérocoques intestinaux). Quelques travaux s'intéressent à des microorganismes pathogènes, mais ils sont encore peu nombreux et se limitent à la recherche ou au dénombrement de bactéries et de protozoaires tels que Campylobacter sp., Salmonella sp., Aeromonas sp., Pseudomonas aeruginosa, Legionella sp. et Giardia sp. Certains de ces microorganismes sont retrouvés dans l'eau de pluie sans qu'il ne puisse être établi de corrélation entre leur présence et celle des germes indicateurs de contamination fécale [13]. La présence de bactéries dans l'eau peut être due aux déjections d'oiseaux qui viennent se poser sur les toits [14].

## II.2.3. Textes de référence sur la qualité des eaux destinées à l'irrigation de culture

Les normes ou référentiels concernant la qualité de l'eau destinée à l'irrigation des cultures, tant au niveau international (OMS, FAO) que national, sont fonction des usages agricoles, du type de culture et des risques pour la santé publique ou l'environnement. Ces textes s'appliquent aux eaux usées traitées mais ne mentionnent pas les eaux de pluies récupérées. Au niveau Européen, la directive UE 2020/741
(entrée en vigueur en 2023) encadre l'usage des eaux usées traitées pour l'irrigation agricole. Elle fixe des exigences microbiologiques, notamment en termes d'E. coli, pour 4 classes de qualité (A à D) selon le type de culture (mangé cru ou non, etc.).

En France et plus largement en Europe, il n'existe pas de normes déterminant des critères physico-chimiques à l'eau de pluie récupérée destinée à l'irrigation des cultures. Au niveau national, l'arrêté du 2 août 2010 fixe les prescriptions techniques pour l'usage des eaux usées traitées en irrigation. Il prend en compte les paramètres microbiologiques : E. coli, Salmonella, œufs d'helminthes ; les paramètres physico-chimiques : pH, conductivité, éléments traces (Cd, Cu, Pb, Zn, etc.) ; a fréquence des contrôles. Pour l'eau de pluie, il n'y a pas de norme obligatoire spécifique pour l'irrigation, mais les bonnes pratiques recommandent des analyses régulières si elle est stockée ou utilisée à grande échelle. Leur utilisation doit respecter des principes de précaution et des recommandations sanitaires, surtout pour les cultures alimentaires consommées crues.

En revanche, la qualité des eaux utilisées pour l'irrigation est indispensable pour assurer la productivité des récoltes, la fertilité et la pérennité des sols. Les facteurs les plus importants pour déterminer cette qualité sont les suivants [15] :

- La conductivité de l'eau. Ce paramètre permet d'évaluer la teneur en sel. Si celle-ci est trop élevée, cela affectera négativement le rendement des récoltes et des sols. C'est un des problèmes majeurs relatifs à l'eau destinée à l'irrigation [16] ;

- Le pH. Dans la culture maraîchère, il est souvent préférable d'utiliser une eau à tendance acide ;

- L'oxygène dissous. Une eau plus concentrée en O₂ dissous nourrit davantage les cultures ;

- Les paramètres bactériologiques sont importants car ils peuvent impacter la qualité des cultures et leur validité sanitaire ;

- Les paramètres phytosanitaires sont suivis de près notamment pour les cultures biologiques.

En se penchant sur la documentation liée aux critères de la qualité des eaux, le Maroc apparaît comme un des pays les plus impliqués dans cette démarche. En effet, de par la raréfaction de la ressource en eau, les agriculteurs, en particulier de la zone continentale, sont intéressés par le recyclage d'eau usée. Le Secrétariat d'Etat auprès du ministère de l'Energie, des Mines, de l'Eau et de l'Environnement, chargé de l'eau et de l'environnement, aussi appelé sous le nom de S.E.E.E, a établi en 2007 des normes liées à la qualité des eaux destinées à l'irrigation [17]. Le rapport établit les valeurs limites des paramètres bactériologiques, parasitologiques, toxiques et physico-chimiques. En se focalisant en particulier sur cette dernière catégorie de paramètres, on peut relever la recommandation des valeurs maximales suivantes :

- conductivité électrique à 25°C : 12 mS/cm ;

- pH : entre 6,5 et 8,4 ;

- température de l'eau : 35°C.
## II.3. Les produits phytosanitaires et leur propagation

Les produits phytosanitaires, faisant partie de la famille des pesticides, sont largement utilisés en agriculture depuis de nombreuses années. Ces produits ciblent divers organismes et ont donc des mécanismes d'action différents. Chaque produit a ses propres caractéristiques physiques et chimiques qui déterminent son impact sur l'environnement. Certains de ces produits se sont avérés nocifs pour l'homme et l'environnement.

Depuis les années 1960, il a été démontré que certains produits pesticides étaient persistants dans l'environnement. Par exemple, des concentrations de DDT jusqu'à 200 ppmv ont été mesurées dans l'atmosphère en Europe. Ce pesticide ayant été largement utilisé et en raison de sa persistance et de son transport par voie aérienne, des concentrations de l'ordre de la dizaine de ppt ont été enregistrée en Antarctique [18]. Cet exemple illustre l'un des phénomènes de transport que peuvent subir les pesticides ou produits phytosanitaires.

En fonction du moment ou de la manière dont les produits phytosanitaires sont appliqués mais aussi de leurs propriétés physico-chimiques, ces composés peuvent être transportés vers des zones très éloignées de l'endroit où ils ont été appliqués. Il existe des voies de transport par l'eau, par l'air et par le sol [19]. Dans l'air, les produits phytosanitaires sont présents sous trois formes : solide, gazeuse et liquide. Ils peuvent suivre différents mécanismes pour pénétrer dans l'atmosphère. Comme le montre la Figure 3, deux périodes sont généralement observées. Pendant l'application, il a été identifié que 30 à 50 % de la quantité appliquée peut être perdue dans l'air. Ce phénomène est dû à la dérive de la pulvérisation ou à l'évaporation. La dérive de pulvérisation est liée à des paramètres météorologiques tels que la vitesse du vent, tandis que l'évaporation dépend des caractéristiques chimiques des différents produits [20].
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 3 : Mécanismes de transfert et de transport des produits phytosanitaires [21]</figcaption></figure>

Ensuite, après l'application, ces composés peuvent pénétrer dans l'atmosphère par volatilisation à partir des cultures ou des sols touchés, par des processus de dégradation tels que l'hydrolyse dans l'eau ou par érosion éolienne. Ces processus sont plus ou moins important en fonction de la volatilité et la photostabilité du composé. En plus de la méthode d'application, de l'étendue de l'application et des conditions environnementales, la direction et la vitesse du vent, la température et l'humidité relative sont des facteurs qui influencent le comportement des produits phytosanitaires dans l'atmosphère [22].

Une étude récente sur la contamination de l'atmosphère et l'eau de pluie en Poitou-Charentes a montré une forte corrélation entre les activités agricoles, la présence de substances actives dans l'atmosphère et dans l'eau de pluie. Par exemple, sur les mêmes périodes d'études, les données de l'AASQA (Association Agréée de Surveillance de Qualité de l'Air) de la Nouvelle Aquitaine et les prélèvements de l'eau de pluie enregistrent les mêmes types de substances : aclonifen, diflufenican, pendimethalin, S-metolachlor. Par ailleurs, ces deux jeux de données indiquent une variabilité des concentrations de substances actives respectivement dans l'atmosphère et dans l'eau de pluie, en fonction de la saison, en particulier pour la pendimethalin et le S-metolachlor (Figure 4). On peut effectivement corréler les variations saisonnières des concentrations atmosphériques et dans l'eau de pluie, ceci s'expliquant notamment par l'équilibre entre les phases gazeuse et aqueuse fonction de la solubilité et volatilité des substances actives [23].
<figure><img src="image_10.png" /></figure>

Figure 4 : Concentrations (ng.m⁻³) dans l'atmosphère du S-metolachlor (a) et de la Pendimethalin (b) mesurés par l'AASQA ATMONA (AASQA ATMONA air) et les concentrations mesurées dans l'eau de pluie lors de étude (ng.L⁻¹) (rainwater) [23]

## II.4. Les microplastiques

### II.4.1. Eléments de définition

Les microplastiques sont décrits dans la littérature scientifique par leur taille, leur forme (bille, fibre, fil, fragment, ...), leur couleur et leur substance polymère (Figure 5).

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 5 : Echelle de taille d'une particule de plastique</figcaption></figure>

L'agence Européenne des produits chimiques, l'ECHA (European Chemicals Agency), a adopté (2020) par consensus la définition suivante : « particules contenant un polymère solide, auxquelles des additifs ou d'autres substances peuvent avoir été ajoutés, et où $\ge 1\%$ p/p de particules ont (i) toutes leurs dimensions $\le 5$ mm, ou (ii), pour les fibres, une longueur $\le 15$ mm, et rapport longueur / diamètre > 3 » [24]. Ils couvrent un spectre large et continu de tailles et de formes, y compris des fibres 1-D (avec une dimension plus grande), des fragments 2D (particules plates) et des sphérules 3D.

Selon la norme ISO 472, un plastique désigne « toute matière contenant comme ingrédient essentiel un haut polymère ». Les microplastiques sont donc une
succession de monomères assemblés comme des colliers de perles, pour former des polymères [25].

Les polymères les plus communément observés dans les microplastiques sont les suivants :

- Le polyéthylène PE : à haute densité (HDPE) utilisé pour la fabrication d'emballages alimentaires, flacons de produits cosmétiques et de nettoyage ; et à faible densité (LDPE) utilisé pour la fabrication de films (emballage alimentaire et agricole), sachets et sacs plastiques (poubelle, congélation, ...).

- Le polypropylène PP : utilisé dans le secteur de la construction et l'industrie (pièces moulées, gaines, fils électriques, ...), mais aussi fabrication de bouchons et pailles. Il est pertinent de noter que le PP est la première source de déchets plastiques.

- Le polyéthylène téréphtalate PET : utilisé pour les emballages et bouteilles en plastiques, mais aussi les monofilaments des lignes de pêche ou dans les textiles synthétiques, en particulier dans l' habillement. Ce polymère est l'un des plus recyclés.

- Le polystyrène PS : utilisé comme dispositif d'isolation et de protection dans les emballages et divers produits de vaisselle jetable (liège blanc).

- Le polychlorure de vinyle PVC : il compose les tuyaux, gouttières, câbles, certaines bouteilles, carafes et cônes de signalisation. Il s'agit d'un des plastiques les plus dangereux pour l'environnement.

La figure suivante illustre les polymères cités ci-dessus.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 6 : Structures des polymères plastiques [26]</figcaption></figure>

II.4.2. Occurrence des microplastiques dans les eaux douces

L'étude des microplastiques passe par la quantification de concentrations de plastiques dans différentes matrices. Or, cette étape pose de nombreux problèmes en
pratique. Les méthodes de quantification sont diverses et peuvent aboutir à des résultats très différents pour un même échantillon. Des ordres de grandeur sont tout de même donnés à titre indicatif.

Du prélèvement des échantillons au décompte des microplastiques, le choix de définition d'un protocole expérimental est vaste. Sans même parler des techniques de mesure, quelques paramètres peuvent grandement influencer la qualité et les résultats d'une mesure. Tout d'abord, la plus petite taille de fragment qu'il est possible de détecter est un facteur déterminant. Ceci conditionne l'ordre de grandeur de la concentration finale détectée. La limite basse des appareils descend de 25 µm à 1 µm pour les plus performants. Or ce seuil a une grande influence sur le résultat. En effet, il semblerait que le nombre de particules détectées augmente lorsque la taille diminue [27]. Oßmann et al. affirment que 90% des particules détectées ont une taille inférieure à 5 µm [28]. Ainsi, si un appareil de mesure est bridé à 20 µm, il passera à côté de la majorité des plastiques. Alors que la grande majorité des études comptent le nombre de particules (résultat donné en nombre de particules /L), Simon et al. décident en plus de peser l'ensemble des particules [29], ce qui est une piste pour uniformiser les mesures. En plus des variations sur la concentration des plastiques, le type de plastique prédominant change en fonction des pays et des sites de prélèvement, notamment s'il y a une source de pollution à proximité. Ceux qui reviennent le plus souvent sont le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP) [30].

Par exemple, une étude de 2021 indique les gammes de concentrations en MP dans les réseaux d'eau pour l'irrigation à Taïwan [31]. Il est à noter que cette étude correspond aux microplastiques dont la taille est supérieure à 20 µm.

<table><caption>Tableau 1 : Comparaison de la teneur en microplastiques dans différents environnements, (extrait de [31])</caption><thead><tr><th>Locations</th><th>Sampling technique</th><th>Microplastic Concentrations (items/L)</th><th>Size of Detections (µm)</th><th>References</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>Taiwan</strong><br>Taoyuan Irrigation System</td><td>Stainless steel bucket (5 L)</td><td>1.88-141</td><td>&gt;20</td><td>This study</td></tr><tr><td><strong>China</strong><br>West River downstream, South China</td><td>Stainless steel drums (30 L)</td><td>2.99-9.87</td><td>&lt;500</td><td>Huang et al. (2021)</td></tr><tr><td>Wuliangshuai Lake, Bayannaoer City, Inner Mongolia</td><td>Stainless steel bucket (20 L)</td><td>3.12-11.25</td><td>&lt;500</td><td>Mao et al. (2020)</td></tr><tr><td>Autonomous Region</td><td>Stainless steel bucket (5 L)</td><td>4-25.5 (dry season)<br>3.5-10.5 (wet season)</td><td>&gt;100</td><td>Wu et al. (2020)</td></tr><tr><td>Maozhou River, Shenzhen</td><td>Stainless steel bucket (5 L)</td><td>623-1392 (dry season),<br>380-582 (wet season)</td><td>&gt;50</td><td>Han et al. (2020)</td></tr><tr><td>Yellow River and Kalyuan Pontoon Bridge</td><td>Stainless steel bucket (5 L)</td><td>0.48-21.5</td><td>&gt;5</td><td>Hu et al. (2018)</td></tr><tr><td>Yangtze River</td><td>Grab sample (5 L)</td><td>3.4-25.8</td><td>&gt;5</td><td>Su et al. (2016)</td></tr><tr><td>Taihu Lake</td><td>Stainless steel bucket (5 L)</td><td>33-297</td><td>&gt;26</td><td>Hidayaturrahman and Lee (2019)</td></tr><tr><td><strong>South Korea</strong><br>Geumho River</td><td>Grab sample (2 L)</td><td>66-191</td><td>&gt;25</td><td>Pinon-Colin et al. (2020)</td></tr><tr><td><strong>America</strong><br>Stormwater runoff, Mexico</td><td>Grab sample (1 L)</td><td>0.097-0.135 (fibers)</td><td>&gt;20</td><td>(Martínez Silva and Nanny, 2020)</td></tr><tr><td>Magdalena River, Colombia</td><td>Neuston net</td><td>0.013-0.028 (fragments)</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>Europe</strong><br>Danube River, Austria</td><td>Stationary conical driftnet</td><td>0.75-142</td><td>&gt;500</td><td>Lechner et al. (2014)</td></tr><tr><td>Seine River, France</td><td>Manta trawl</td><td>0.03-0.10</td><td>&gt;80</td><td>Dris et al. (2018)</td></tr><tr><td><strong>Australia</strong><br>The Greater Melbourne Area (GMA) and Victoria</td><td>Grab sample (5 L)</td><td>0.11-0.72</td><td>&gt;20</td><td>Nan et al. (2020)</td></tr><tr><td>Iran</td><td>Stainless steel bucket (20 L)</td><td>0.84-9.20</td><td>&gt;25</td><td>Takdastan et al. (2021)</td></tr></tbody></table>

Les principaux résultats de cette étude indiquent que les MP sont répartis partout et de manière égale tout le long du système d'irrigation, qu'il y a une abondance particulière aux abords des zones densément peuplées, que la concentration est
comprise entre 1,88 et 141 particules/L ce qui constitue un risque selon le «polymer risk index». Les polymères prédominants sont le polypropylène, le polyéthylène et le polystyrène, la forme la plus abondante est la fibre (entre 36 et 64% des particules).

Ces résultats sont cohérents et représentatifs avec la majorité de la littérature. La revue de littérature de koelmans et al. indique les teneurs en microplastiques dans différents type d'eau douce. Les concentrations sont données en log10 par m³ d'eau (Figure 7). Il n'est pas systématiquement précisé la gamme de taille des particules mesurées.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 7 : Revue de littérature : teneur en micro-plastiques en nombre dans différents types d'eau douce et de boissons [30]</figcaption></figure>

Une revue de littérature réalisée par les étudiants de IMT Atlantique est donnée en annexe de ce document pour plus de détail sur les connaissances actuelles sur les microplastiques.

## II.5. Les modèles d'évaporation

Le document principal qui a été utile pour réaliser cette partie de l'étude bibliographique est "L'évaporation dans le bilan hydrologique des étangs du Centre-Ouest de la France (Brenne et Limousin)", de Mohammad Aldomany et d'un article associé [32], [33]. Il traite de l'étude de l'évaporation sur plusieurs bassins différents, et établit des modèles à partir des mesures réalisées. Ces études ont été effectuées sur des bassins en eau libre.

Le document écrit par Mohammad Aldomany présente 3 grands types de modèles d'évaporation. Ces modèles s'appuient sur des méthodes par bilans hydrologiques, via des principes physiques et bilans énergétiques ou par transfert de masse et la combinaison possible de ces différentes approches qui aboutit à des modèles utilisés par la FAO par exemple (modèle de Penman-Monteith). Les parties suivantes ne donnent qu'un extrait de ces modèles qui peuvent être appliqués à des bassins ouverts.
## II.5.1. Méthode par bilan hydrologique

Cette méthode fait partie des plus simples avec relativement peu de paramètres en entrée, et pour la plupart accessibles assez facilement par des mesures sur site avec des équipements adaptés.

Cette méthode consiste en un calcul indirect de l'évaporation d'une masse d'eau. Le principe repose sur l'équation générale du bilan hydrologique qu'avait proposé P. Perrault au XVIIe siècle (1674) pour le bassin de la Seine :

Equation générale du bilan hydrologique :

$$P = E + Q$$

avec, P = Pluie ; E = évaporation ou transpiration ; Q = écoulement.

Le bilan indique que l'évaporation égale la différence entre les précipitations et l'écoulement.

Si cette méthode est valable dans le cadre d'une approche suffisamment globale, appliquée à une période annuelle à partir de grandes aires géographiques, elle l'est moins sur un pas de temps court en raison de l'estimation des volumes d'eau pouvant s'écoulée via le ruissellement ou les infiltrations.

Cependant, dans le cas de figure de réserves d'eau bâchées, cette méthode reste pertinente dans la mesure où il est possible d'avoir accès aux débits entrants, sortants et volumes pluviométriques.

L'équation générale peut être adaptée au cas d'étude, par exemple, dans le cas où 30% de la surface est occupée par des plantes hélophytes, l'équation peut être la suivante :

$$P + R + Dé = (E * 0,7) + (ETP * 0,3) + I + Ds$$

Avec P = Pluie ; R = ruissellement superficiel (entrée) ; Dé = débit d'entrée à l'étang ; E = évaporation ; ETP : évapotranspiration potentielle des plantes hélophytes ; I : infiltration vers les nappes ; Ds : débit sortant de l'étang.

## II.5.2. Méthode par bilan énergétique

Cette méthode est considérée comme l'une des plus précises et robustes pour déterminer l'évaporation. Elle est basée sur le principe de la conservation d'énergie en calculant l'évaporation de la masse d'eau. Il est alors particulièrement important d'avoir des mesures fréquentes sur la température du bassin. De nombreux facteurs sont utilisés pour cette méthode et il est très important de mettre en place de façon rigoureuse leurs calculs, et pour cela d'avoir des valeurs nécessaires les plus précises possibles.

Certains facteurs tels que ceux indiqués ci-dessous, sont en lien avec les conditions météorologiques :
- Énergie solaire : rayonnement du soleil en MJ/m² ;

- Température de l'air et de l'eau en °C ;

- Humidité relative : on la mesure en %, et on peut la relier aux pressions de vapeur saturante et réelle mesurées en Pa ;

- Vitesse du vent à la surface en m/s.

D'autres facteurs, tels que ceux mentionnés ci-dessous, peuvent aussi intervenir dans des modèles d'évaporation, liés notamment à la masse d'eau. Ils sont a priori moins impactant et moins fréquemment utilisés :

- Profondeur du plan d'eau ;

- Surface du plan d'eau ;

- Salinité de l'eau.

Un des paramètres les plus compliqués à obtenir pour la réalisation de ce modèle est sûrement le rayonnement de petite longueur d'onde vers le bas. De plus, la complexité des calculs fait qu'il faut d'abord s'assurer d'avoir tous les facteurs et paramètres nécessaires pour appliquer ce modèle avant de se lancer dans la mise en place de ce dernier et les calculs. Cette méthode ne sera donc pas utilisée lors de cette étude. Cependant son fonctionnement est décrit par la suite.

Cette méthode basée sur le principe de conservation de l'énergie consiste à calculer l'évaporation en prenant en considération le bilan thermique de la masse d'eau. Le bilan peut s'exprimer par l'équation suivante :

$$ \lambda E = R_{net} + H_{sed} + A_{net} - H - S $$

avec : $\lambda$ : chaleur latente d'évaporation (MJ/kg) ; $E$ : évaporation (mm/jour) ; $R_{net}$ : énergie nette absorbée par la masse d'eau (MJ/m²/jour) ; $H_{sed}$ : chaleur dégagée par les sédiments lacustres, négligée car très faible (MJ/m²/jour) ; $A_{net}$ : chaleur nette d'advection au plan d'eau par les précipitations et les débits entrants et sortants du plan d'eau, négligée car très faible (MJ/m²/jour) ; $H$ : chaleur sensible perdue par la surface du plan d'eau vers l'atmosphère (MJ/m²/jour) ; $S$ : variation de la chaleur emmagasinée dans le plan d'eau en fonction des changements de température (MJ/m²/jour).

La chaleur latente d'évaporation peut être calculée via la température :

$$ \lambda = 2,501 - 0,02361 * T $$

avec $T$ : température moyenne journalière de l'air en °C.

$$ \text{De plus : } R_{net} = (1 - \text{asw}) * R_{swd} + (1 - \text{alw}) R_{lwd} - R_{lwu} $$

Avec : asw : albédo de l'eau de rayonnement descendant de petite longueur d'onde ;
Rswd : rayonnement de petite longueur d'onde dirigé vers le bas (valeurs mesurées par les pyranomètres des stations météorologiques) ;
Rlwu : rayonnement de grande longueur d'onde dirigé vers le haut ;
Rlwd : rayonnement de grande longueur d'onde
dirigé vers le bas ; alw : albédo de l'eau de rayonnement descendant de grande longueur d'onde.

Les valeurs de alw et asw ou encore H sont tirées de la littérature.

En éliminant les termes négligeables, la relation se simplifie :

$$E = (R_{net} - S)/(\lambda \times (1 + \beta))$$

Différentes équations et modèles peuvent être déclinés et sont décrits en littérature mais ils ne sont pas reportés ici.

### II.5.3. Méthode par transfert de masse

Cette méthode s'appuie sur le principe de transfert de masse qui opère au-dessus de la surface de l'eau. En effet, de nombreux échanges ont lieu dans cet espace qui voit se rencontrer des milieux différents. La différence de pression de vapeur d'eau entre la surface de l'eau et la couche d'air supérieure va provoquer des échanges, et la vitesse du vent va intervenir pour augmenter l'évaporation du bassin.

Pour une nappe d'eau libre, la plupart des équations empiriques de ce type de méthodes sont basées sur l'équation aérodynamique simple dérivée de la loi de Dalton :

$$E = k * f(u) (es - ea)$$

Avec E, l'évaporation par unité de temps ; f(u), une fonction de la vitesse horizontale du vent ; es, la pression de vapeur saturante de l'eau à la température à la surface de l'eau (peut être calculée) ; ea ; la pression partielle actuelle de la vapeur dans l'air en un point quelconque au-dessus de la surface de l'eau ; k une constante.

Pour le calcul de l'évaporation sur des surfaces d'eau libres, plusieurs modèles peuvent être pertinents :

#### La formule de Meyer

Elle s'exprime par l'équation suivante :

$$E = 11 (1 + 0,01 * U) (es - ea)$$

où : E est le taux d'évaporation ; U est la vitesse moyenne mensuelle du vent ; es est la pression de vapeur de l'air saturé à la température de la surface d'eau ; ea est la pression actuelle de la vapeur dans l'air.

#### La formule de Rohwer

$$E = 0,77 (1,465 - 0,0186 P) (0,44 + 0,118 U) (es - ea)$$

E est l'évaporation ; P est la pression atmosphérique ; les autres termes sont similaires à l'équation de Meyer.
## La formule de Penman

Elle est exprimée par l'équation suivante :

$$E = 0,35 (1 + 0,24 U) (es - ea)$$

Les termes sont les mêmes que pour la formule de Meyer.

## La formule de Romanenko

$$E = 0,0018 (Ta + 25)2 (100 - H)$$

E est le taux d'évaporation ; Ta est la température moyenne mensuelle de l'air ; H est l'humidité relative en moyenne par mois.

Pour l'ensemble de ces équations, les valeurs de coefficients sont spécifiques aux unités utilisées et précisées dans le document d'Aldomany. Ces formules sont très similaires et il existe de nombreuses déclinaisons. Cependant deux relations sont retenues suite à cette étude bibliographique ; ce sont des formules combinées des différentes approches, hydrologiques, énergétiques et massiques. Il s'agit de la formule utilisée par la FOA, dite de Penman-Monteith et la formule empirique d'Aldomany.

### II.5.1. Modèles combinés

Après avoir réalisé la recherche bibliographique sur les modèles existants, il s'agissait de choisir les modèles les mieux adaptés à une configuration proche de celle mise en place sur le site de la Maison des Maraichers, avec des géométries de bassins similaires et pour lesquels les données sont disponibles.

#### Modèle d'Aldomany :

Lors de l'étude de Mohammad Aldomany sur un bassin dans le Limousin, l'auteur effectue de nombreuses mesures pour obtenir un modèle d'évaporation basé sur le principe de combinaison. Les facteurs influents pour l'évaporation sont identifiés et sont affectés d'un facteur représentant leur poids dans le processus aboutissant à une formule empirique. C'est un des modèles retenus et testés dans le cadre du projet.

$$E = 0,1 * Rs + 0,178 * T^{\text{o'eau}} - 0,049 * T^{\text{o'air}} - 0,019 * Hr + 0,324 * V + 0,61$$

Avec, E l'évaporation en mm/jour, Rs le rayonnement du soleil en MJ/m², T°eau et T°air respectivement les températures de l'eau et de l'air en °C, Hr l'humidité relative en % et V la vitesse du vent en m/s.

#### Modèle de Penman-Monteith :

Le deuxième modèle retenu et testé a été celui de Penman-Monteith représenté par la formule suivante :
$$ET0 = \frac{0,428 \Delta (Rn - G) + \gamma \frac{900}{T+273} U (es - ea)}{\Delta + \gamma (1+0,34U)}$$

Avec, ET0 le taux d'évapotranspiration de référence en mm ; G le flux de chaleur du sol à la surface en MJ/m²/jour ; Rn est le rayonnement net en MJ/m²/jour ; Δ est la pente de la courbe de pression ; γ est la constante psychrométrique en kPa/°C ; T est la température moyenne journalière de l'air en °C ; U est la vitesse moyenne journalière du vent à 2 mètres au-dessus de la surface en m/s ; es est la pression de vapeur saturante à la température de l'air en kPa ; ea est la pression de vapeur réelle en kPa.

Ensuite, la constante psychrométrique, la pression de vapeur saturante, la pression de vapeur réelle et la pente sont des paramètres calculés. Les formules suivantes sont utilisées pour les calculs. Pour la constante psychrométrique :

$$\gamma = \frac{C \rho * P}{\varepsilon * \lambda}$$

Avec Cp la chaleur spécifique de l'air humide à pression constante (1,013.10⁻³ MJ/kg/°C); P la pression atmosphérique en kPa ; ε un rapport du poids moléculaire – vapeur d'eau/air sec (0,622) ; λ la chaleur latente de vaporisation calculée selon l'équation suivant où la T est la température moyenne journalière de l'air.

$$\lambda = 2,501 - 0,02361 * T$$

Pour la pression de vapeur saturante à la température de l'air :

$$es = 0,6018 * \exp^{\frac{17,27T}{T+237,3}}$$

Pour la pression partielle :

$$ea = \frac{es * Hr}{100}$$

Avec, Hr l'humidité relative en % ; es la pression de vapeur saturante en kPa.

Finalement, pour la pente de la courbe de pression où T est la température moyenne journalière de l'air :

$$\Delta = \frac{(4098) * (0,6108 \exp^{\frac{17,27T}{T+237,3}})}{(T + 237,3)^2}$$
Pour l'application du modèle aux données du projet, il a été fait l'hypothèse que le flux de chaleur du sol était faible et donc négligeable. De plus, la pression atmosphérique a été prise comme constante à 102,1 kPa [34].

## II.5.2. Eléments de conclusion sur les modèles d'évaporation

Les différents modèles décrits peuvent être modifiés pour correspondre à un bassin de caractéristiques particulières. De plus, il est possible de réaliser des combinaisons de ces modèles, car chaque situation est différente et a besoin d'une analyse différente.

Différents facteurs influents sont mis en avant lors de cette étude et il est important de pouvoir déterminer les facteurs les plus impactant pour l'évaporation de l'eau des bassins ouverts étudiés.

# III. Méthodologie générale

## III.1. Le site et aménagements

Le site expérimental prévu pour l'évaluation de la qualité et des quantités d'eau de réserve a été construit à la Maison des Maraichers de Pont Saint Martin. Le site a été créé à l'automne 2021 en co-financement avec la Région Pays de la Loire et les Maraichers Nantais (Figure 8).

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 8 : Création des réserves expérimentales sur le site de la Maison des Maraichers</figcaption></figure>

Les bassins sont au nombre de trois (3) et ont exactement la même dimension : 180 m² de surface et 2,5 m de profondeur (Figure 9). Ils sont tapissés d'une géomembrane afin d'assurer leur étanchéité et limiter les interactions avec le sol. Un premier bassin sert de témoin (Figure 10), la surface de l'eau n'accueille aucune couverture. Un deuxième bassin est recouvert en partie d'un marais flottant végétalisé. Enfin, un troisième bassin est entièrement recouvert sur sa surface par une couverture synthétique (plaquettes hexagonales plastiques).
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 9 : Vue aérienne du site expérimental avec la surface de collecte sur les serres et l'emprise au sol des 3 bassins</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 10 : a) Couverture marais flottant, b) sans couverture (témoin), c) couverture intégrale</figcaption></figure>

Le site est équipé de façon à pouvoir contrôler et mesurer les quantités d'eau recueillies et stockées dans chacun des bassins ainsi que les quantités prélevées pour l'irrigation via la mesure des volumes d'eau entrants et sortants de chacun des 3 bassins (Figure 11). Les volumes d'eau de pluie issue de la serre sont récupérés par transfert gravitaire vers un puisard. Ils sont quantifiés. Une pompe de transfert permet d'alimenter les 3 bassins, chaque alimentation est équipée d'un compteur.
<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 11 : Compteurs et puisard permettant la mesure des volumes d'eau entrant et sortant</figcaption></figure>

Les besoins en irrigation pour les cultures maraichères sont ajustés 2 fois par semaine. Ils sont calculés en fonction des stades de la plante et des conditions météorologiques. L'eau stockée dans les bassins est prélevée régulièrement de façon à simuler une situation réelle d'utilisation. L'eau prélevée est utilisée pour l'irrigation des végétaux sous la serre.

## III.2. Equipements et méthodologie

Le suivi de la qualité physico-chimique des eaux des bassins se base sur quatre paramètres : la température de l'eau, le pH, la conductivité et l'oxygène dissous. Des sondes disposées dans chaque bassin relèvent les données associées à ces paramètres toutes les heures. Comme le montrent les photos de la Figure 12, les sondes sont placées à quelques mètres du bord des bassins et sont placées à 20-30 cm en profondeur, sauf pour la sonde de mesure de hauteur d'eau qui est placée à 10 cm du fond. Les sondes sont régulièrement nettoyées et calibrées.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 12: Positionnement des sondes de hauteur d'eau, température, pH, conductivité et oxygène dissous</figcaption></figure>

De plus des mesures ponctuelles sont réalisées par un prestataire extérieur pour connaitre les quantités de matière en suspension, la demande en oxygène, les niveaux de chlorophylles ainsi que d'éventuelles contaminations en produits phytosanitaires,
les quantités de microplastiques potentiellement présents et pour vérifier la qualité bactériologique de l'eau.

Les données correspondant aux volumes de pompage sont notées de façon hebdomadaire sur un fichier partagé. Les relevés des sondes sont réalisés tous les mois. L'ensemble des données est traité sur fichiers Excel pour extraire les tendances des paramètres physico-chimiques d'une part et pour le calcul des volumes évaporés d'autre part (Figure 13).

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 13 : Visuels du fichier de relevés des volumes d'eau (haut) et du fichier Excel de traitement de données (bas)</figcaption></figure>

Le calcul des volumes évaporés se fait par bilan des volumes d'eau entrant et sortant selon le schéma simplifié représenté Figure 14.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 14: Représentation des volumes d'eau entrant et sortant des bassins (Vb : volume d'eau dans le bassin, Ev : volume d'eau évaporée, Valim : volume d'eau entrant dans le bassin par alimentation des eaux de ruissellement, Virrig : volume d'eau sortant pour l'irrigation en m³, P : précipitations en m³)</figcaption></figure>

L'estimation des quantités d'eau évaporée est calculée selon la relation suivante où :
Vb0-Vb1 correspond à la différence de volume d'eau (m³) dans le bassin entre la semaine n et la semaine n-1, calculée avec H (m), la hauteur d'eau, P, les précipitations obtenues par la station météo de Pont Saint Martin (m³), Valim et Virrig sont le volume d'eau entrant par alimentation et le volume d'eau sortant pour l'irrigation pour la même semaine (m³), et Ev le volume d'eau évaporé déduit des autres quantités (m³).

$$Ev = (Vb0-Vb1) + Valim + P - Virrig$$

D'autres informations sont collectées de façon à pouvoir alimenter les modèles d'évaporation et de faire des estimations d'évaporation. Il s'agit également de pouvoir mettre en avant les paramètres météorologiques pouvant avoir le plus d'influence sur les quantités d'eau évaporées (Figure 15). Ces paramètres sont la température de l'air, l'humidité relative, la vitesse de vent et l'irradiation solaire qui sont obtenues via la station météo de Pont Saint Martin ainsi que la température de l'eau des bassins qui est relevée par les sondes.
<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Figure 15 : Représentation des volumes d'eau entrant et sortant des bassins et des paramètres pouvant influencer les volumes d'eau évaporée (T°air : température de l'air C°, Pair : pression atmosphérique atm, HR : humidité relative %, U : vitesse de vent m/s, T°eau : température de l'eau C°)

# IV. Suivi des bassins sur 3 ans

## IV.1. Année 1 : mise en équilibre et premiers résultats

La première année a consisté à mettre en place les équipements de suivi de la qualité de l'eau et à établir les protocoles de gestion de l'eau. Concernant la couverture végétalisée, il s'agissait également de permettre aux plantes de pouvoir se développer.
En effet, il a été possible de voir une évolution de la couverture végétales sur l'année, comme l'illustrent les photos de la Figure 16.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 16 : Développement de la couverture végétalisée, photographies prises en février, avril, mai, juin et août 2022</figcaption></figure>

IV.1.1. Conductivité

Les relevés de la conductivité pour la première année sont donnés Figure 17.
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure 17 : Suivi de la conductivité pour l'année 2022</figcaption></figure>

Pour les trois bassins l'ordre de grandeur de la conductivité relevée depuis le début de l'étude est autour de 0,1 mS. Ces valeurs sont relativement faibles si on les compare aux valeurs de conductivités typiques des eaux potables qui peuvent varier de 200 à 800 µS/cm avec un maximum à 1000 µS/cm (soit 1 mS), et environ 10 fois plus faibles que les limites maximales instaurées par la réglementation de la qualité d'eau au Maroc. Les variations que l'on peut observer sur ces courbes ne sont donc pas très importantes et peuvent être liées à de légères concentrations ou dilutions liées à l'évaporation en période estivale et aux précipitations dès l'automne.

#### IV.1.2. pH

Les relevés du pH sont donnés Figure 18.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 18 : Suivi du pH pour l'année 2022</figcaption></figure>

Il peut être noté une différence entre le bassin « air libre » et les deux autres bassins. En effet, ces deux derniers bassins ont un pH plutôt acide entre 6,5 et 7, alors que pour le bassin « air libre » les fluctuations sont plus grandes avec des valeurs du pH
moyen autour de 8. Ces tendances sont en cohérence avec la littérature. Le bassin « air libre », exposé à la lumière et en contact plus direct avec l'air est plus propice à développer des formes de microalgues. L'activité photosynthétique des microalgues, et notamment leur consommation de carbonate pourraient être à l'origine d'un pH plus basique [35].

#### IV.1.3. Oxygène dissous

Les relevés des teneurs en oxygène dissous sont donnés Figure 19

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 19 : Suivi de l'oxygène dissous pour l'année 2022</figcaption></figure>

Il est observé de fortes fluctuations pour l'ensemble des bassins. Cependant pour le bassin « air libre » les teneurs en oxygène dissous restent globalement assez élevées. En effet, le bassin « air libre » est en contact direct avec l'atmosphère, ce qui favorise les échanges avec l'oxygène de l'air. En revanche, le comportement du dioxygène dissous dans les bassins végétalisé et couvert est moins prévisible.

La littérature fait ressortir le fait que l'eau présente sous un marais flottant est plus pauvre en oxygène dissous. Ce constat s'explique par plusieurs raisons [36]. En effet, les plantes consomment de l'oxygène via leur respiration. Celle-ci est dominante la nuit mais reste valable le jour. Cette respiration ne se fait pas uniquement par la partie aérienne des plantes mais aussi par les racines qui absorbent non seulement des nutriments et de l'eau mais également de l'oxygène. A cela, s'ajoute le fait que le bassin est en grande partie recouvert par une surface qui empêche l'interaction entre l'eau et l'air et donc l'apport d'oxygène via l'atmosphère peut être réduit. De plus, le bassin végétalisé n'est pas entièrement recouvert par le marais flottant la majorité de l'année. Les matières organiques dans le bassin et l'exposition à la lumière sont favorables à la croissance de microalgues. Ces microalgues ont également un cycle de vie, aussi leur activité respiratoire, impactant le taux d'oxygène dissous dans le bassin, n'aura pas la même intensité tout au cours du temps. Ce phénomène cyclique pourrait expliquer les variations d'oxygène dissous que l'on peut observer dans le bassin.
#### IV.1.4. Température

Les relevés des températures de l'eau sont donnés Figure 20.

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figure 20 : Suivi de la température de l'eau pour l'année 2022</figcaption></figure>

Les valeurs de la température de l'eau se situent entre 5 et 30°C sur la période suivie. Elles sont corrélées aux variations de températures de l'air extérieur. En revanche on peut observer un écart entre les températures d'eau du bassin couvert, qui ne dépasse pas 25°C sur toute la période de mesure, et les températures du bassin végétalisé, ou encore le bassin air libre, qui peuvent atteindre 28°C début août. Plus les surfaces sont couvertes, moins la chaleur extérieure impactera la température de l'eau des bassins. Bien que les plaquettes de la couverture intégrale soient en plastique noir, c'est le système qui permet une température la plus basse l'été.

#### IV.1.5. Evaporation de l'eau des bassins

La première année a été une année de mise au point des scenarios de remplissage et soutirage de l'eau des bassins. La méthodologie d'estimation des volumes d'eau évaporée a été appliquée en estimant les volumes d'eau entrant et sortant dans les bassins avec pour les volumes d'eau récupérés par précipitations le relevé des mm de pluie sur la période donnée via un pluviomètre installé sur le site.

Les estimations ont été possibles sur la période de mai à août 2022 (Figure 21).
<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Figure 21 : Estimation des volumes (m³) d'eau évaporée par bassin sur une période de 4 mois en 2022</figcaption></figure>

Sur la période donnée (mai à aout), le volume d'eau évaporée pour le bassin de référence « air libre » est le volume le plus élevé, estimé à 104 m³. Pour le bassin « végétalisé », le volume estimé est de 100 m³ (4% de moins que pour le bassin « air libre »), et pour le bassin « couvert » il est de 81 m³ (22% de moins que pour le bassin « air libre »). Cependant il est à remarquer que pour le bassin « végétalisé », l'évaporation peut être parfois plus élevée que pour le bassin « air libre », ce qui est le cas au mois de juillet. Pour ce mois, l'évaporation moyenne pour le bassin « végétalisé » est de 8,8 mm/jour alors qu'elle est estimée à 7,8 et 6,3 mm/jour pour le bassin « air libre » et « couvert » respectivement. Ceci est probablement lié au stade de développement des plantes qui peuvent le cas échéant favoriser les phénomènes d'évapotranspiration.

#### IV.1.6. Tentatives d'application des modèles d'évaporation

La première étape a été d'adapter le modèle proposé par Aldomany aux bassins du projet CLIMATVEG et de pouvoir déterminer le ou les facteurs les plus influents dans cette formule. Les différents paramètres utilisés ont été remis sur une base de 0 à 1, cela afin de supprimer les différences dues aux unités de chaque facteur et d'avoir un coefficient représentatif du poids réel de chaque facteur. Une régression linéaire a été réalisée en prenant les valeurs d'évaporation calculées par bilan hydrique et celles obtenus grâce à la formule d'Aldomany à laquelle sont appliquées les valeurs météorologiques prises pour la station de Pont Saint-Martin.
<table><caption>Tableau 2 : Coefficients obtenus après régression linéaire sur le bassin air libre</caption><thead><tr><th></th><th>Coefficients</th></tr></thead><tbody><tr><td>Constante</td><td>3,154337024</td></tr><tr><td>Variable R</td><td>0,024422402</td></tr><tr><td>Variable Tair</td><td>-0,898479603</td></tr><tr><td>Variable Hr</td><td>-1,207035826</td></tr><tr><td>Variable U</td><td>0,87462095</td></tr><tr><td>Variable Teau</td><td>1,193514672</td></tr></tbody></table>

Cette régression attribue des coefficients représentatifs de l'importance de chacun des facteurs. Ici on observe une prépondérance de la température de l'eau et de l'humidité relative (Tableau 2). Le Tableau 3 donne les 2 facteurs les plus importants sur chacun des 3 bassins étudiés.

<table><caption>Tableau 3 : Facteurs les plus influents pour chaque bassin</caption><thead><tr><th></th><th>1er facteur influent</th><th>2ème facteur influent</th></tr></thead><tbody><tr><td>Bassin « air libre »</td><td>HR</td><td>Teau</td></tr><tr><td>Bassin « végétalisé »</td><td>HR</td><td>Teau</td></tr><tr><td>Bassin « couvert »</td><td>HR</td><td>U</td></tr></tbody></table>

L'étape suivante a été de déterminer les nouveaux coefficients, cela grâce à de nouvelles régressions linéaires multiples. Les régressions ont été effectuées avec les données d'évaporation prises sur le site avec les valeurs moyennes hebdomadaires pour chaque bassin. Il y a un total 9 valeurs d'évaporation utilisables pour les bassins « air libre » et celui « végétalisé », et 8 valeurs pour le bassin « couvert ». On obtient donc les coefficients pour chaque facteur pour les différents bassins et il est possible par la suite de calculer avec le modèle les valeurs d'évaporation. Voici les coefficients dans le cas du bassin végétalisé (Tableau 4).

<table><caption>Tableau 4 : Coefficients estimés par régression pour le bassin « végétalisé »</caption><caption>Statistiques de la régression</caption><tbody><tr><td>Coefficient de détermination multiple</td><td>0,8605508618</td></tr><tr><td>Coefficient de détermination R<sup>2</sup></td><td>0,7405477858</td></tr><tr><td>Coefficient de détermination R<sup>2</sup></td><td>0,3081274288</td></tr><tr><td>Érreur-type</td><td>26,94221422</td></tr><tr><td>Observations</td><td>9</td></tr></tbody></table><table><caption>Coefficients</caption><thead><tr><th>Érreur-type</th><th>Statistique t</th><th>Probabilité pour seuil de pour seuil diour seuil de oour seuil de confiance =</th><th>95,0%</th></tr></thead><tbody><tr><td>-145,799163</td><td>295,262014</td><td>-0,49379584</td><td>0,65534139</td></tr><tr><td>-0,2123730362</td><td>1,18874641</td><td>-0,17865291</td><td>0,86959393</td></tr><tr><td>12,65757157</td><td>9,04804480</td><td>1,39892892</td><td>0,25629554</td></tr><tr><td>22,04146218</td><td>30,6637361</td><td>0,71881202</td><td>0,52418595</td></tr><tr><td>-5,806224939</td><td>3,52885516</td><td>-1,64535654</td><td>0,19844702</td></tr><tr><td>-178,5111331</td><td>330,785938</td><td>-0,53965756</td><td>0,62691522</td></tr></tbody></table><table><tbody><tr><td>Constante</td><td>-145,799163</td><td>295,262014</td><td>-0,49379584</td><td>0,65534139</td><td>-1085,45467</td><td>793,856344</td><td>-1085,45467</td><td>793,856344</td></tr><tr><td>Variable X 1</td><td>-0,2123730362</td><td>1,18874641</td><td>-0,17865291</td><td>0,86959393</td><td>-3,99549467</td><td>3,57074860</td><td>-3,99549467</td><td>3,57074860</td></tr><tr><td>Variable X 2</td><td>12,65757157</td><td>9,04804480</td><td>1,39892892</td><td>0,25629554</td><td>-16,137345</td><td>41,4524883</td><td>-16,137345</td><td>41,4524883</td></tr><tr><td>Variable X 3</td><td>22,04146218</td><td>30,6637361</td><td>0,71881202</td><td>0,52418595</td><td>-75,544231</td><td>119,627156</td><td>-75,544231</td><td>119,627156</td></tr><tr><td>Variable X 4</td><td>-5,806224939</td><td>3,52885516</td><td>-1,64535654</td><td>0,19844702</td><td>-17,036617</td><td>5,42416714</td><td>-17,036617</td><td>5,42416714</td></tr><tr><td>Variable X 5</td><td>-178,5111331</td><td>330,785938</td><td>-0,53965756</td><td>0,62691522</td><td>-1231,2196</td><td>874,197354</td><td>-1231,2196</td><td>874,197354</td></tr></tbody></table><table><tbody><tr><td>HR</td></tr><tr><td>Teau</td></tr><tr><td>U</td></tr><tr><td>Tair</td></tr><tr><td>R</td></tr></tbody></table>

Au final, les régressions les plus acceptables ont été trouvées avec l'ensemble des facteurs de la relation d'Aldomany et non pas avec les facteurs plus influents uniquement. On observe cependant des écarts-types importants et des coefficients de détermination R² peu probants, dus à une grande dispersion des valeurs estimées.
L'évaporation a été recalculée avec les coefficients déterminés et comparée aux valeurs estimées sur site (Tableau 5). La Figure 22 présente la dispersion des points lorsque les valeurs estimées sur site sont tracées en fonction des valeurs calculées par le modèle.

<table><caption>Tableau 5 : Exemple des valeurs moyennes rapportées pour le bassin « végétalisé »</caption><thead><tr><th>Semaine</th><th>HR (%)</th><th>Teau (°C)</th><th>U (m/s)</th><th>Tair (°C)</th><th>R (MJ/m2)</th><th>Evaporation mesurée (mm/sem)</th></tr></thead><tbody><tr><td>25</td><td>74</td><td>25,3</td><td>2,7</td><td>17,2</td><td>0,267</td><td>48,83</td></tr><tr><td>26</td><td>72</td><td>22,2</td><td>2,2</td><td>17,2</td><td>0,193</td><td>13,92</td></tr><tr><td>27</td><td>59,4</td><td>23,8</td><td>2,7</td><td>22,6</td><td>0,273</td><td>35,41</td></tr><tr><td>28</td><td>44,3</td><td>26</td><td>2,6</td><td>21</td><td>0,19</td><td>74,24</td></tr><tr><td>29</td><td>52,9</td><td>25,5</td><td>2,9</td><td>15,6</td><td>0,202</td><td>120,15</td></tr><tr><td>30</td><td>61,7</td><td>25</td><td>2,1</td><td>20,1</td><td>0,288</td><td>43,7</td></tr><tr><td>31</td><td>61</td><td>26,4</td><td>2,3</td><td>25,7</td><td>0,285</td><td>14,67</td></tr><tr><td>32</td><td>36,6</td><td>24,3</td><td>3,5</td><td>24,9</td><td>0,214</td><td>40,69</td></tr><tr><td>33</td><td>79,9</td><td>23,7</td><td>2,4</td><td>21,1</td><td>0,229</td><td>50,75</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Evaporation calculée en fonction de l'évaporation mesurée (mm/sem) pour bassin air libre</figcaption></figure>

<figure><img src="image_29.png" /></figure>
<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Figure 22 : Dispersion entre évaporations calculées et évaporations mesurées pour respectivement le bassin végétalisé, le bassin air libre et le bassin couvert (calculées en ordonnée et mesurées en abscisse)</figcaption></figure>

Pour le bassin couvert, on peut observer seulement 12% d'écart de pente par rapport à une pente de 1 et un écart à l'origine représentant 12% de la valeur moyenne hebdomadaire d'évaporation mesurée pour ce bassin, soit un cumul d'erreurs avoisinant les 25%, ce qui en fait le modèle le plus proche de la réalité.

De la même façon, on obtient 52% d'erreurs cumulées pour le bassin végétalisé et 46% pour le bassin air libre, ce qui est plus éloigné de la réalité. Il s'agit cependant de mettre en contexte ces résultats tirés seulement de 8 ou 9 valeurs hebdomadaires. Il faudrait un plus grand nombre de données pour que les modèles soient affinés et les écarts à la réalité soient diminués.

Avec ce niveau de précision, il est difficile de prédire lequel des bassins atténue le mieux le phénomène d'évaporation, cependant les premières estimations aboutissent au classement suivant en termes de mm d'eau évaporée, ce qui reste cohérent par rapport aux estimations faites d'après les mesures sur site :

- 45 mm/semaine pour le bassin « couvert » ;

- 49 mm/semaine pour le bassin « végétalisé » ;

- 52 mm/semaine pour le bassin « air libre ».

La même démarche a été réalisée avec le modèle de Penman-Monteith, cependant les résultats n'ont pas été conclusifs. En effet la relation de Penman-Monteith est une relation non-linéaire et le nombre de paramètres à déterminer est trop important.

Par la suite, seul le modèle d'Aldomany a été gardé. Cependant comme les erreurs sur les coefficients des paramètres trouvés par régression sont très importantes, la relation initiale d'Aldomany avec les coefficients issus de l'étude d'Aldomany ont été gardés. Ainsi seule la température de l'eau des bassins devient la variable explicative des différences d'évaporation.
## IV.2. Années 2 et 3 : consolidations des résultats

### IV.2.1. Conductivité

Les relevés de la conductivité pour les années 2023 et 2024 sont donnés Figure 23.

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Figure 23 : Suivi de la conductivité pour les années 2023 et 2024</figcaption></figure>

Pour les trois bassins l'ordre de grandeur de la conductivité relevée s'est stabilisée et reste en dessous de 0,1 mS. Ces valeurs sont relativement faibles, ce qui caractérise une eau peu chargée en sels minéraux. Les variations observées restent peu importantes et sont certainement liées à des concentrations ou dilutions fonction de l'évaporation ou précipitations.

### IV.2.2. pH

Les relevés du pH pour les années 2023 et 2024 sont donnés Figure 24.

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Figure 24 : Suivi du pH pour les années 2023 et 2024</figcaption></figure>

De façon similaire à l'année 2022, il peut être noté une différence entre le bassin « air libre » et les deux autres bassins. Les valeurs sont proches pour ces deux derniers
bassins, valeurs entre 5 et 6, alors pour le bassin « air libre », les valeurs de pH sont plus fluctuantes. Les valeurs de pH pour ce dernier bassin peuvent monter jusqu'à 9,4 (juin 2023) et sont en accord avec les analyses ponctuelles réalisées par le prestataire extérieur.

#### IV.2.3. Oxygène dissous

Les relevés des teneurs en oxygène dissous pour les années 2023 et 2024 sont donnés Figure 25.

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Figure 25 : Suivi de l'oxygène dissous pour les années 2023 et 2024</figcaption></figure>

De façon similaire à l'année 2022, il peut être observé de fortes fluctuations pour l'ensemble des bassins en particulier pour les bassins « couvert » et « végétalisé » pour lesquels les valeurs peuvent descendre en dessous de 50 %sat. Pour le bassin « air libre » les teneurs en oxygène dissous restent globalement élevées, le bassin étant en contact direct avec l'atmosphère. Il peut être préconiser d'aérer l'eau avant son utilisation ou de prévoir une arrivée d'air par bullage dans les bassins.
#### IV.2.4. Température

Les relevés des températures de l'eau pour les années 2023 et 2024 sont donnés Figure 26.

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>Figure 26 : Suivi de la température de l'eau pour les années 2023 et 2024</figcaption></figure>

De nouveau, les valeurs de la température de l'eau pour les bassins « végétalisé » et « air libre » sont proches alors que pour le bassin « couvert » les températures sont plus basses relativement de 1 à 2°C en hiver jusqu'à 3 à 4°C en été par rapport aux deux autres bassins. Dans l'ensemble, les valeurs se situent entre 5 et 30°C et il n'a pas été observé de gelées en hivers dans les bassins.

#### IV.2.1. Analyses complémentaires

Des analyses ont été réalisées pour le suivi de paramètres physico-chimiques et micro-biologiques, pour la détection d'éventuels produits phytosanitaires et de micro-plastiques. Ces analyses ont été réalisées par un prestataire extérieur.

##### IV.2.1.1. Paramètres physico-chimiques

Dix campagnes de prélèvement et analyses ont été effectuées pour le suivi des paramètres physico-chimiques. Le Tableau 6 et Tableau 7 présentent une synthèse des valeurs mesurées pour les 3 bassins. Les valeurs indiquent une stabilisation au cours des années pour arriver à des teneurs en matière en suspension, en matières organiques très faibles dans les 3 bassins. Le bassin « couvert » est celui pour lequel les teneurs sont les plus basses, à la limite des seuils de détection.
<table><caption>Tableau 6 : Paramètres physico-chimiques dans les bassins - synthèse des prélèvements de juin 2022 à septembre 2024, MES : matières en suspension, DBO : demande biologique en oxygène, DCO : demande chimique en oxygène, EC : conductivité, TA : titre alcalimétrique, TAC : titre alcalimétrique complet</caption><thead><tr><th>Bassin</th><th>Végétalisé</th><th>Air libre</th><th>Couvert</th></tr></thead><tbody><tr><td>MES (mg/L) Idd 2</td><td>&lt; 27</td><td>&lt; 31</td><td>&lt; 27</td></tr><tr><td>DBO (mgO<sub>2</sub>/L) Idd 1</td><td>&lt; 11</td><td>&lt; 17</td><td>&lt; 1,4</td></tr><tr><td>DCOn (mgO<sub>2</sub>/L) Idd 10</td><td>&lt; 61</td><td>&lt; 85</td><td>&lt; 61</td></tr><tr><td>Hydrogéno-carbonates (mg/L)</td><td>&lt; 33</td><td>&lt; 26</td><td>&lt; 26</td></tr><tr><td>Carbonates (mg/L)</td><td>&lt; 3</td><td>&lt; 3</td><td>&lt; 3</td></tr><tr><td>EC (uS/cm)</td><td>Entre 40 et 165</td><td>Entre 33 et 141</td><td>Entre 36 et 161</td></tr><tr><td>TA°F</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td></tr><tr><td>TAC °F</td><td>&lt; 2,7</td><td>&lt; 2,1</td><td>&lt; 2,3</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tableau 7: Paramètres physico-chimiques dans les bassins - prélèvements en décembre 2024, MES : matières en suspension, DBO : demande biologique en oxygène, DCO : demande chimique en oxygène, EC : conductivité, TA : titre alcalimétrique, TAC : titre alcalimétrique complet</caption><thead><tr><th>Bassin</th><th>Végétalisé</th><th>Air libre</th><th>Couvert</th></tr></thead><tbody><tr><td>MES (mg/L) Idd 2</td><td>13</td><td>16</td><td>&lt; 2</td></tr><tr><td>DBO (mgO<sub>2</sub>/L) Idd 1</td><td>3</td><td>7</td><td>&lt; 1</td></tr><tr><td>DCOn (mgO<sub>2</sub>/L) Idd 10</td><td>42</td><td>53</td><td>&lt; 10</td></tr><tr><td>Hydrogéno-carbonates (mg/L)</td><td>&lt; 6</td><td>&lt; 6</td><td>&lt; 6</td></tr><tr><td>Carbonates (mg/L)</td><td>&lt; 3</td><td>&lt; 3</td><td>&lt; 3</td></tr><tr><td>EC (uS/cm)</td><td>31</td><td>30</td><td>33</td></tr><tr><td>TA°F</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td></tr><tr><td>TAC °F</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td><td>&lt; 0,5</td></tr></tbody></table>

IV.2.1.1. Présence de produits phytosanitaires

Quatre campagnes de prélèvement et analyse ont été réalisées au cours de l'année 2023 et 2024 afin d'identifier la présence ou absence de produits phytosanitaires. En effet les substances actives peuvent être transportées par voies aériennes et venir se déposer sur la toiture des serres ou directement dans les bassins. La Figure 27 présente une synthèse des analyses. Elle donne la somme des concentrations en µg/L des substances actives détectées, graphe de gauche, et présente le nombre de substances actives détectées dans chaque bassin, graphe de droite.
<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>**Figure 27 :** Présence de produits phytosanitaires dans l'eau des bassins en concentrations totales et en nombre de substances actives différentes détectées</figcaption></figure>

L'identification des produits phytosanitaires détectés montre une certaine diversité dans les substances actives avec la présence de metalaxyl, propyzamide, N-BBSA, dinitrophénol, prosulfocarbe, fluoryram, métobromuron, métaldéhyde, alachlore, métolachlore et imazilil. En particulier le dinitrophénol, la propyzamide et le metalaxyl sont retrouvés dans les trois bassins. Il est difficile de déterminer la source de ces substances, celles-ci n'étant pas utilisées sur le site de la Maison des Maraichers. Elles ont probablement été aéroportées. Les valeurs des concentrations individuelles sont relativement faibles proches des valeurs limites pour la qualité d'eaux potables (0,5 µg/L pour la somme des substances actives). On peut remarquer une présence plus faible dans le bassin « végétalisé » qui amène à penser une possible épuration pour les plantes.

#### IV.2.1.2. Présence de micro-organismes

La présence de micro-organismes a été suivie sur 8 campagnes de mesure. Trois familles de micro-organismes ont été recherchées : Escherichia coli, Salmonella, et Listeria. La

Figure 28 présente la quantification de E coli dans les bassins sur les 3 années. La Figure 29 donne le nombre de fois ou les bactéries ont été détectées. Aucune analyse n'a montré la présence de Listeria.

<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>**Figure 28 :** Quantification de E coli dans les 3 bassins</figcaption></figure>
<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>Figure 29 : Nombre de détection en E coli et Salmonella</figcaption></figure>

La présence de bactéries dans les bassins semble complètement aléatoire, probablement due à des évènements extérieurs (passages d'animaux, fientes d'oiseaux).

#### IV.2.1.1. Présence de micro-plastiques

La teneur en micro-plastiques a été suivie sur 2 campagnes de mesure. Les analyses ont été faites par des prestataires extérieurs. Les prélèvements ont été faits pour les trois bassins et également le puisard qui alimente les bassins. Les résultats sont donnés Tableau 8.

Il est à noter la présence de micro-plastiques dans les eaux des bassins ce qui est peu surprenant. Ces plastiques peuvent provenir de la collecte de l'eau de pluie qui arrive dans les eaux des bassins via le puisard (présence de plastique dans le puisard). Le reste des micro-plastiques peut être dû aux matériaux présents dans les bassins (support du radeau végétalisé ou couverture synthétique constituée de plastique recyclé). Enfin une partie peut être apportée via le transport des micro-plastiques par l'atmosphère. Les analyses sont faites par type de polymère et pour 2 gammes de taille. Il peut être noté que la majorité des plastiques sont de taille supérieure à 50 µm. Quant à la nature des polymères, elle reste variée et il est difficile d'en associer les sources.
<table><caption>Tableau 8 : Analyse des micro-plastiques en milieu et fin d'étude sur les 3 bassins et le puisard</caption><thead><tr><th>Microparticules en nombre /L</th><th>végétalisé</th><th>air livre</th><th>couvert</th><th>puisard</th></tr></thead><tbody><tr><td>Polycarnate + polystyréne (acrylonitrile, butadiène)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td></td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>PVC</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td>2</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly (éthylène : Propyléne)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td>3</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td>4</td><td></td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>Poly (éthylène Butyléne)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td>1</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Styréne butadiène</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td>1</td><td>1</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly (octadécyl acrylate)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td></td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>Polypropyléne</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td></td><td>4</td><td></td></tr><tr><td>Poly oléfine</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td></td><td>5</td><td></td></tr><tr><td>Poly (éthylèn e: propylène: diéne)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td>1</td><td></td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td>1</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Etyl vinyl acétate</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td>1</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly (ethylène : vinylchloride)</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;10+50 µm</td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&gt;50-250 µm</td><td></td><td>1</td><td>2</td><td></td></tr><tr><td>Somme (23 mars 2023)</td><td>12</td><td>4</td><td>16</td><td></td></tr><tr><td>Somme (04 décembre 2024)</td><td>8</td><td>7</td><td>18</td><td>4</td></tr></tbody></table>

Si l'on prend la somme des micro-plastiques présents dans chaque bassin, sur ces deux campagnes de mesure, le bassin « couvert » comporte le plus de micro-plastiques, suivi du bassin « végétalisé » et « air libre ». Cependant la teneur maximale de 18 particules/L, correspond à des valeurs équivalentes à celles rapportées dans la revue de littérature de Koelmans et al. [30] pour des eaux de lacs voire des eaux de boissons. Aussi même s'il faut garder une vigilance sur la teneur en micro-plastiques, les eaux de pluie collectées ne semblent pas être plus problématiques que les autres sources d'eau douce.

IV.2.1.2. Biodiversité et analyses des chlorophylles

L'apparition d'espèces animales dans les eaux arrive dès la première année, avec les premières grenouilles en mars 2022 dans le bassin « végétalisé », puis dans les deux autres bassins. Des lentilles d'eau apparaissent également (Figure 30). La mesure de la chlorophylle dans les eaux a été réalisée de façon à mettre en évidence la présence de microalgues (Figure 31). Il peut être observé un léger développement surtout en été, plutôt dans les bassins « air libre » et « végétalisé ».
<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>Figure 30 : Présence d'espèces animales – photographie du bassin « végétalisé »</figcaption></figure>

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>Figure 31 : Suivi des chlorophylles A, B et C dans les 3 bassins</figcaption></figure>

#### IV.2.2. Evaporation de l'eau des bassins

Suite à la mise en place des protocoles lors de l'année 2022, des essais ont été menés spécifiquement pour la validation des estimations des volumes d'eau évaporée. Ils ont été réalisés sur la période de mars et avril 2023, où pour le mois de mars il n'y a pas eu d'eau entrant ni sortant, et pour le mois d'avril, les volumes d'eau entrant et sortant étaient équivalents pour les 3 bassins. La Figure 32 donne les estimations en m³ des volumes d'eau évaporée.
<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>Figure 32 : Estimation des volumes (m³) d'eau évaporée par bassin en mars et avril 2023 et température de l'eau de bassins (mars pas d'entrée et sortie d'eau, avril entrées et sorties d'eau équivalentes)</figcaption></figure>

Pour les deux mois, il a été estimé un volume d'eau évaporée de 8,3 m³ pour le bassin « air libre », contre 10,8 et 6,2 m³ pour le bassin « végétalisé » et « couvert » respectivement. Sur cette période le bassin « végétalisé » a permis une évaporation de + 30% par rapport au bassin de référence (« air libre ») alors que le bassin « couvert » a évité une évaporation à hauteur de 25 %.

Les figures suivantes donnent les calculs d'évaporation pour les périodes de mars à septembre des deux années 2023 et 2024.

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Figure 33 : Estimation des volumes (m³) d'eau évaporée par bassin de mars et septembre pour 2023 et température de l'eau de bassins</figcaption></figure>
<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Figure 34 : Estimation des volumes (m³) d'eau évaporée par bassin de mars et septembre pour 2024 et température de l'eau de bassin</figcaption></figure>

Il est notable que les profils des volumes d'évaporation sont différents d'une année sur l'autre, en relation avec les conditions météorologiques. Celles-ci ont très certainement un effet important sur le développement des plantes du radeau végétal. Pour l'année 2023, le volume d'eau évaporée pour le bassin « végétalisé » est de 2% supérieur au bassin de référence, alors qu'en 2024 il est diminué de 17 %. En outre, le gain pour le bassin « couvert » reste sensiblement du même ordre de grandeur. Il estimé à 29 % pour 2023 et de 28 % en 2024, toujours pour la période de mars à septembre. En termes d'évaporation moyenne sur les mois ou l'évaporation est la plus élevée en 2023, en juin, il s'est évaporé 5,2, 4,9 et 3,5 mm/ jour pour respectivement le bassin « végétalisé », « air libre » et « couvert ». Il s'est évaporé 3,2, 3,5 et 3 mm/ jour au mois d'aout 2024, respectivement pour les bassins « végétalisé », « air libre » et « couvert ».

## IV.2.1. Application du modèle d'évaporation

Le modèle utilisé est celui employé par Aldomany [32] et présenté dans la partie « état de l'art ». Il est utilisé tel quel sans modification des coefficients.

Pour rappel, l'équation du modèle est la suivante :

$$E = 0,1 * Rs + 0,178 * T^{\text{o'eau}} - 0,049 * T^{\text{o.air}} - 0,019 * Hr + 0,324 * V + 0,61$$

Avec, E l'évaporation en mm/jour, Rs le rayonnement du soleil en MJ/m², T°eau et T°air respectivement les températures de l'eau et de l'air en °C, Hr l'humidité relative en % et V la vitesse du vent en m/s.

Aussi, lors de l'application de ce modèle aux bassins de la Maison des Maraichers, la seule différence entre les trois bassins est due à la température de l'eau du bassin.
La Figure 35 représente les calculs d'évaporation pour les 3 bassins en mm/jour en comparaison avec les estimations du site météo de Pont Saint Martin. Les estimations sont proches avec des valeurs plus élevées pour les prévisions du site météorologique.

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>Figure 35 : Estimations d'évaporation (en mm/j) selon le modèle d'Aldomany en comparaison avec les estimations de la station météo de Pont Saint Martin</figcaption></figure>

Par ailleurs, les valeurs estimées pour les 3 bassins avec le modèle sont proches des valeurs estimées via les mesures sur site, entre 3 et 4 mm/jour pour le mois d'aout 2024 par exemple. Cette partie de l'étude pourra être approfondie en faisant des corrélations sur les données extraites sur l'ensemble des deux années et les estimations du modèle afin de confirmer l'utilisation de ce modèle comme outil de prédiction. La température de l'eau est, dans ce cas, le seul paramètre différenciant les 3 bassins.

## IV.3. Disponibilité de la ressource en eau via les réserves

Un des objectifs de cette étude est de vérifier qu'il est possible de stocker suffisamment d'eau pour pouvoir l'utiliser en irrigation maraichère. Il est cherché à optimiser les volumes d'eau stockée via un mode de retenue qui permet de freiner l'évaporation. Dans le cas de réserves bâchées ouvertes, les phénomènes d'évaporation sont liés à la géométrie des bassins ou masse d'eau (hauteur de la colonne d'eau vs surface de l'eau en contact avec l'air), ainsi que la température de l'eau et des conditions météorologiques. Ainsi, le rayonnement solaire, l'humidité relative de l'atmosphère, la vitesse du vent en surface ou encore la pression atmosphérique sont des facteurs influençant l'évaporation. L'évaporation peut être estimée via des modèles physiques aussi utilisés par les organismes de surveillance météorologique. L'évaporation peut être également estimée par bilan hydrique s'il est possible de mesurer ou d'estimer les
volumes d'eau entrant et sortant des bassins comme présenté dans les parties précédentes.

En termes de bilan pour la préservation des ressources en eau, les résultats, obtenus via les estimations des volumes d'eau évaporée par bassin, indiquent que sur les 2 années 2023 et 2024, au global, les volumes d'eau évaporée représentent entre 20 et 30 % du volume utile à l'irrigation dans la configuration mise en œuvre à la Maison des Maraichers. Les évaluations sur ces deux années consécutives ont montré que par rapport à la quantité d'eau évaporée du bassin sans couverture, pour le bassin recouvert d'un marais flottant, les quantités d'eau évaporée étaient équivalentes ou légèrement inférieures avec des fluctuations dues à la saisonnalité des plantes favorisant ou non l'évapotranspiration. Pour le bassin couvert d'un revêtement synthétique, l'évaporation était quant à elle diminuée de 20 à 30 % par rapport au bassin sans couverture pour les deux années d'observation.

Par ailleurs des estimations ont été réalisées pour permettre des préconisations en termes de volume de bassin et de surface au sol pour permettre l'irrigations. La Figure 36 schématise les volumes devant être pris en compte et stockés en période hors étiage pour l'irrigation de culture en périodes d'étiage.

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>Figure 36 : Représentation du volume minimal nécessaire pour irriguer les cultures en périodes d'étiage avec un remplissage uniquement en période hors étiage pour un abris de 3600 m² (valeurs de 2023)</figcaption></figure>

Les valeurs de la Figure 37 indiquent, dans le cas de figure de la Maison des Maraichers, les volumes collectables en période d'étiage et hors étiage en relation avec les volumes nécessaires pour l'irrigation durant ces mêmes périodes. Il est à remarquer que les volumes d'eau collectables en période d'étiage peuvent correspondre à environ 50 % des volumes d'eau collectables sur l'année.
<figure><img src="image_45.png" /></figure>

Figure 37 : Volumes d'eau (m³) collectables pour une serre de 3600 m² en période d'étiage et hors période étiage (graphe de gauche) et volumes d'eau (m³) utilisés pour l'irrigation sous la même surface de serre selon les données recueillies en 2023 et 2024

Ces graphiques montrent que les volumes d'eau collectables en période hors étiage sont juste suffisants pour l'irrigation des surfaces en période d'étiage mais il risque d'être insuffisants si le volume d'eau collectée est utilisé toute l'année pour l'irrigation. Aussi, il est fort intéressant de pouvoir collecter l'eau sur toute l'année sans distinction de périodes.

# V. Conclusion générale

## V.1. Bilan de l'étude

En France, et plus largement en Europe, il n'existe pas de normes déterminant des critères physico-chimiques à l'eau destinée à l'irrigation des cultures. En effet, les lois relatives à l'eau se tournent davantage sur la gestion des réserves, les quantités prélevées ainsi que le rejet des eaux.

Cependant connaître la qualité des eaux utilisées pour l'irrigation est indispensable pour assurer la productivité des récoltes, la fertilité et la pérennité des sols. Les facteurs les plus importants pour déterminer cette qualité sont les suivants :

- La **conductivité** de l'eau. Ce paramètre permet d'évaluer la teneur en sel. Si celle-ci est trop élevée, cela affectera négativement les sols et le rendement des récoltes ;

- Le **pH**. Dans la culture maraîchère, il est préférable d'utiliser une eau à tendance acide ;

- L'**oxygène dissous**. Une eau plus concentrée en O₂ sera préférable mais ne constitue pas un frein à l'usage agricole ;

- Les **paramètres bactériologiques**. Ils sont les plus importants car ils peuvent impacter la qualité des cultures et leur validité sanitaire, donc leur commercialisation ;

- Les **paramètres phytosanitaires**. Ils sont très suivis pour les cultures biologiques ou cultures sensibles telles que les légumes où des contrôles de limite maximale en résidus sont exigés ;
- La présence de microplastiques. La détection de microplastiques est une information complémentaire mais ne constitue pas un frein à l'usage agricole.

Le suivi de ces paramètres sur 3 ans permet de conclure que s'il est possible d'observer des différences entre les bassins ainsi que des variations temporelles et saisonnières, les valeurs des paramètres physico-chimiques restent en adéquation avec l'usage visé d'irrigation.

Pour la conductivité électrique, pour les trois bassins, l'ordre de grandeur de la conductivité relevée depuis le début de l'étude est en moyenne de 0,1 mS. Cette valeur est plus faible que les teneurs dans les eaux de distribution.

Concernant le pH, les valeurs sont plus fluctuantes pour le bassin sans couverture, de 6 à 9, tandis que les bassins couverts ont des pH variant de 5 à 6.

Pour la teneur en O₂, de plus grandes variations et disparités existent entre les 3 bassins. Le bassin à l'air libre est constamment oxygéné alors que pour les 2 autres bassins, des fluctuations apparaissent probablement en raison des mécanismes biologiques du marais flottant et la présence de microorganismes pouvant consommer l'oxygène.

La température de l'eau varie de 5°C en hiver à 25°C en été sur les 3 ans. La réserve couverte a une température de 1 à 4°C en dessous des autres réserves ce qui permet de diminuer les phénomènes d'évaporation.

Concernant le suivi des produits phytosanitaires, quelques substances actives ont été ponctuellement détectées mais avec de faibles teneurs, et peu dépendantes de la couverture des bassins. Le bassin végétalisé est celui avec le plus faible nombre de détection, cela est peut-être dû à un phénomène de phyto-épuration des plantes sur le radeau. Les substances détectées ne sont pas utilisées sur le site et laisse penser à une pollution environnementale aéroportée.

La présence de microplastiques a été identifié. Ceux-ci peuvent être introduits dans les bassins via leur dispersion dans l'atmosphère ou proviennent des matériaux constituant les serres et canalisation d'amenée de l'eau. Les microplastiques sont cependant davantage présents dans les bassins avec couvertures que dans le bassin à l'air libre. Leur teneur reste équivalente à ce qui peut être retrouvé dans les eaux de surface comme des lacs ou dans les eaux de boissons.

Quant à la présence de bactéries pathogènes, le suivie de 3 bactéries cibles (E.coli, Salmonella et Listeria) a été effectué. Hormis pour la Listeria, leur présence a été détectée de façon ponctuelle dans chacun des bassins à des périodes différentes ne permettant pas d'en associer la cause. Ce paramètre ne permet pas de favoriser un mode de couverture par rapport à un autre. Toutefois dans le bassin végétalisé, les teneurs semblent un peu plus élevées.

En résumé, avec une vision globale sur les paramètres de qualité d'eau, à savoir l'oxygène dissous, la conductivité, le pH ou encore la température de l'eau, le bassin végétalisé ne représente pas forcément la meilleure solution de réserve d'eau. En effet, la fluctuation de l'oxygène dissous dans l'eau dans le bassin végétalisé ne
permet pas d'avoir une qualité constante sur toute l'année. Cette variabilité est aussi observée pour le bassin couvert. Concernant la conductivité de l'eau, les trois bassins ont des comportements équivalents. Le pH est plus fluctuant pour le bassin « air libre ». Enfin, en se focalisant sur la conservation de la température de l'eau, le bassin couvert semble le plus efficace. Néanmoins, il est important de préciser que ces paramètres ne sont pas suffisants pour juger entièrement de la qualité des eaux de réserve. En effet, les analyses bactériologiques pour les trois bassins et la présence de microplastiques ont toutes leur importance dans le choix de la typologie de réserve d'eau destinée à l'irrigation. Les plaquettes du bassin couvert étant en plastiques et recouvrant une très grande partie de la surface d'eau, le risque de diffuser des microplastiques dans l'eau est plus élevé. Cependant des microplastiques sont aussi observés pour le bassin végétalisé. Quant au développement bactériologique, celui-ci semble aléatoire et probablement dû à des évènements extérieurs.

## V.2. Retour d'expérience

Les essais réalisés dans des conditions réalistes sur 2 années ont permis de montrer qu'il n'y avait pas de contre-indications à l'usage de réserves bâchées couvertes ou non couvertes moyennant quelques éléments de contrôles de qualité de l'eau, notamment la qualité bactériologique et probablement d'un renouvellement ou brassage de l'eau pour assurer une teneur en oxygène suffisante. Des contrôles des valeurs de pH, conductivité, turbidité peuvent être réalisés périodiquement. La recherche de produits phytosanitaires peut être réalisée pour des usages en culture bio.

En termes de volumes d'eau stockée pour un usage d'irrigation, les volumes d'eau peuvent être suffisants par rapport aux surfaces à irriguer si les dimensions des réserves et donc l'emprise au sol le permettent. Par exemple pour le site expérimental, la surface de collecte des eaux de toiture de la serre est de 3600 m² et l'emprise au sol des réserves est de 700 m² en intégrant une zone de passage autour des réserves. Le volume utile total de stockage est de 660 m³. Les volumes collectables liés aux pluviométries annuelles varient de 2300 m³ à 3200 m³ dont 980 à 1650 m³ en période hors étiage et de 1280 à 2200 m³ en période d'étiage.

Le choix de la couverture est quant à lui conditionné à l'objectif visé du producteur et du contexte géographique. Il est fonction de l'intégration paysagère, de la pression sur la ressource en eau plus ou moins forte en fonction des régions, de la disponibilité de l'eau que cela soit de l'eau de pluie, de l'eau de surface ou de l'eau de forage et des périodicités de l'approvisionnement de ces eaux.

Enfin, une analyse financière est nécessaire pour évaluer l'amortissement des couts d'installations par rapport au volume d'eau pouvant être effectivement stocké pour l'irrigation en relation avec les pertes de culture s'il y a impossibilité d'irriguer.

## VI. Références

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[30] A.A. Koelmans, N.H. Mohamed Nor, E. Hermsen, M. Kooi, S.M. Mintenig, J. De France, Microplastics in freshwaters and drinking water: Critical review and assessment of data quality, Water Res. 155 (2019) 410-422.
https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.02.054.

[31] J.-J. Jiang, J.N. Hanun, K.-Y. Chen, F. Hassan, K.-T. Liu, Y.-H. Hung, T.-W. Chang, Current levels and composition profiles of microplastics in irrigation water, Environ. Pollut. 318 (2023) 120858.
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120858.

[32] M. Aldomany, L'évaporation dans le bilan hydrologique des étangs du Centre-Ouest de la France (Brenne et Limousin), (n.d.) 333.

[33] M.A. Domany, L. Touchart, P. Bartout, Q. Choffel, Une zone humide perd-elle autant, moins ou davantage d'eau par évapotranspiration qu'un étang par évaporation ? Étude expérimentale en Limousin, Ann. Géographie 731 (2020) 83-112.
https://doi.org/10.3917/ag.731.0083.

[34] METEO PONT-SAINT-MARTIN par Météo-France - Prévisions Météo gratuites pour aujourd'hui, demain et à 15 jours., (n.d.).
https://meteofrance.com/previsions-meteo-france/pont-saint-martin/44860
(accessed August 1, 2025).

[35] R. Pishgar, C.L. Banmann, A. Chu, Pilot-Scale Investigation of Floating Treatment Wetlands as Retrofits to Waste-Stabilization Ponds for Efficient Domestic Wastewater Treatment, J. Environ. Eng. 147 (2021) 04021014.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001872.

[36] T. Headley, C.C. Tanner, A.R. Council, Application of floating wetlands for enhanced stormwater treatment: a review, Auckland Regional Council Auckland, New Zealand, 2008.
https://www.researchgate.net/profile/Tom-Headley/publication/266409739 Application_of_Floating_Wetlands_for_Enhanced_Stormwater_Treatment_A_Review/links/561c3d3a08ae044edbb3918c/Appli-cation-of-Floating-Wetlands-for-Enhanced-Stormwater-Treatment-A-Review.pdf
(accessed July 24, 2025).
## VII. Remerciements

Ce rapport se base en partie sur les travaux des élèves de IMT Atlantique ayant participé au projet CLIMATVEG dans le cadre de leur projets PROCOM de 3ème année. Il s'agit de Lou-Anne Marre, Maria Paula Osuna Barreto, Clément Delage, Louis Lefevre, Antoine Jamin-Changeart, Alexis Pereira, Martin Pitoux, Solène Bruder, Milo Dreyfus, et Lamine Diop, étudiant en Master Recherche Quatro.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet CLIMATVEG, porté par VEGEPOLYS VALLEY, impliquant dans la Tâche 4.3 la Chambre d'agriculture des Pays de la Loire, le CDDM, les Maraichers Nantais, la Chambre d'agriculture de Bretagne aux cotés de l'équipe du GEPEA de IMT Atlantique

Le projet CLIMATVEG a été financé par les partenaires du projet, la Région pays de la Loire, La région Bretagne aussi que l'ADEME

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