Annexe 10 - FORMATION ET CARACTÉRISTIQUES DES NAPPES D'EAU SOUTERRAINES
Une nappe est une étendue d'eau en
sous sol. Il y a formation d'une nappe lorsque l'eau, en s'infiltrant rencontre
une couche de sol imperméable. La nappe est mobile. Lorsque la surface
du terrain (au sol) affleure le « toit » de la nappe,
celle-ci s'écoule sous forme de source. Contrairement à une
opinion courante ce ne sont pas les rivières qui alimentent les nappes,
c'est en général le contraire.
1. La formation des nappes
La formation des nappes est liée aux caractéristiques des roches constituant le sous-sol. Le globe terrestre est formé d'un empilement de roches issues du magma (dites roches plutoniques) transformées par la chaleur, le gel et la pression (dites roches métamorphiques), et de sédiments arrachés aux continents, accumulés au fond des mers comme celles qui recouvraient l'Europe il y a 150 millions d'années. Ces masses rocheuses sont plus ou moins larges, profondes, ou irrégulières, dispersées en couches ou non, accompagnées parfois de fissures et de galeries, qui s'élargissent au fur et à mesure de la dissolution des roches par la pluie.
L'eau suit des lignes d'écoulement, déterminées par la surface au sol. Les limites de ces surfaces drainantes forment ce qu'on appelle le bassin hydrologique dit aussi « bassin versant ». Cette eau, lorsqu'elle rencontre une surface imperméable de la nappe, forme alors en sous-sol des nappes, c'est-à-dire des réservoirs d'eau.
L'aquifère est le contenant , le corps de roches perméables qui présentent les caractéristiques qui lui permettent de recueillir l'eau (sable par exemple). Les formes des aquifères, qui peuvent présenter les mêmes pentes que les surfaces du sol, forment ce qu'on appelle le « bassin hydrogéologique ». La nappe est le contenu , le volume d'eau. Attention, très peu de nappes se présentent sous forme d'une masse liquide, comme un lac. La plupart des nappes sont en fait de l'eau mobile, imprégnant la roche, comme une éponge.
L'alimentation de la nappe se fait par percolation, c'est-à-dire par les mouvements de l'eau à travers un matériau poreux sous l'effet de la gravité. En l'absence de fissures dans la roche, qui accélèrent considérablement la vitesse de transfert de l'eau depuis la surface du sol vers les couches de plus en plus profondes, l'alimentation des nappes se fait au travers de la microporosité des roches.
Les principaux sols et roches présentes en France sont les suivants :
Les sols calcaires et karstiques (Provence, Jura, Vittel...) sont caractérisés par des failles dans la roche, faisant naître des voies de circulation privilégiée, et accélérant la dissolution de la roche calcaire. Les communications entre le sol et le sous-sol sont très rapides, jusqu'à 500 mètres/jour dans le drain et 1 mètre/jour dans les fissures. Le transport des polluants éventuels est alors inévitable. L'eau peut sortir après un transit souterrain de galeries et de drains divers, à des kilomètres de distance.
La craie est une roche sédimentaire calcaire non fissurée qui comporte aussi des couches de silex et d'argile. On retrouve cette roche dans le Bassin Parisien, l'Artois Picardie....
L'argile est une roche sédimentaire tendre, résultat de la décomposition des microorganismes. C'est une roche plutôt imperméable. L'argile joue un rôle de filtre car l'eau migre très lentement à travers cette roche. Les marnes ont des propriétés intermédiaires entre la craie et l'argile.
Le granite est une roche dite du socle (plutonique), très dure et imperméable (Massif central, Bretagne).
Le parcours de l'eau dans le sol va surtout dépendre des caractéristiques du sol. Les calcaires présentent de nombreuses fractures qui sont autant de voies de circulation préférentielles, tandis que l'argile, imperméable, laisse peu de place à l'infiltration. Dans un sol calcaire fissuré, la vitesse d'infiltration peut atteindre 1 m par an. Dans la craie, la vitesse est de l'ordre de 0,5 à 0,7 mètre par an. Les roches poreuses (sable, craie, calcaire) peuvent contenir jusqu'à 100 m 3 d'eau par m 3 de sol et peuvent délivrer de 50 à 200 m 3 d'eau à l'heure.
2. Les différentes nappes
On distingue plusieurs types de nappes :
a) Les nappes souterraines, dites « nappes captives »
Ce sont des nappes profondes (plusieurs centaines de
mètres), qui ne sont pas en contact avec l'air. Le terme
« captif » signifie que l'aquifère est recouvert
d'une couche géologique imperméable. L'alimentation de la nappe a
lieu en bordure de l'aquifère à partir de quelques zones
d'affleurement et par des voies de communication souterraines. La nappe de
l'Albien, dans le Bassin Parisien, est une immense nappe captive subfossile
(plusieurs milliers d'années) qui contient de 450 à
700 milliards de m
3
d'eau. Dans le cas de nappes captives, les
eaux sont sous pression car la nappe remplit complètement
l'aquifère. La nappe étant captive, les eaux peuvent jaillir si
un forage est installé.
b) Les nappes « libres »
Les nappes libres sont, au contraire, en contact avec l'air. Le « contact » avec l'air est apprécié sur des critères chimiques et géologiques. Il ne s'agit pas d'une nappe à l'air libre, mais située dans un sol qui contient de l'air, dit aussi « sol non saturé ». Le terme « libre » signifie aussi que la surface supérieure de la nappe fluctue sans contrainte. La nappe est alimentée par l'eau de pluie sur toute la surface de l'aquifère. Le niveau de la nappe s'élève ou s'abaisse sous f'effet de la gravité. Les eaux ne sont jamais sous pression, et l'eau doit être pompée.
La nappe de la craie de l'immense nappe de Beauce
(9 000 km² sur six départements) est une nappe libre. Au
sein des nappes libres, on distingue les « nappes
phréatiques », qui sont des nappes d'eau libres à
faible profondeur, et les « nappes alluviales ».
c) Les nappes alluviales
Il s'agit d'un type particulier de nappe libre. Les nappes alluviales sont des nappes d'accompagnement des rivières, elles assurent un débit minimum en période d'étiage.
Les eaux souterraines en quelques
chiffres
On a répertorié en France 450 aquifères indépendants, dont 200 exploitables, soit 25 nappes captives et 175 nappes libres, réparties sur les deux tiers du territoire, sur des surfaces comprises entre 100 et 100 000 km² (1 km² = 100 hectares).
On estime que ces 200 nappes renferment 2 000 milliards de m 3, dont 100 milliards s'écoulent vers les sources et les cours d'eau.
7 milliards de m 3 sont puisés chaque année dans les nappes, dont 50 % pour l'eau potable, couvrant ainsi 63 % des besoins domestiques, 20 % des besoins agricoles, et 25 % des besoins industriels.