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L'eau à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Troisième partie. Eau et milieu

10. Les eaux souterraines : cachées mais fondamentales

Virginie Vergnaud-Ayraud und Luc Aquilina

Volltext

1Les eaux souterraines ne constituent que 0,3 % du volume de l’eau sur la Terre et, pourtant, en France, elles représentent plus de 65,6 % du volume de l’eau destinée à l’alimentation en eau potable (Ministère de la Santé). Ce réservoir souterrain est invisible, sauf lorsque l’eau s’en échappe pour constituer une source. Longtemps ignorées ou réduites à l’image des sources (leur seule manifestation visible), les eaux souterraines sont pourtant un maillon essentiel du cycle de l’eau (cf. I.4) et leur fonctionnement influe sur celui des écosystèmes qui y sont connectés.

Aquifères : des roches « porteuses » d’eau

2Généralement, le grand public imagine uniquement les eaux souterraines sous forme de « nappes phréatiques* », celles qui sont les plus proches de la surface, accessibles à partir d’un puits. De même, les rivières et les lacs souterrains s’écoulant dans les milieux calcaires (dont la dissolution amène à la création de galeries et de gouffres appelés « karsts* ») donnent une image tronquée de la réalité des eaux souterraines. Car l’eau souterraine est partout. Elle circule et se stocke dans les vides (interstices, pores, fractures) des roches des milieux géologiques, jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur. Elle constitue des nappes d’eau, appelées « masses d’eau » depuis que l’Union européenne a régi la gestion de l’eau dans sa Directive-cadre sur l’eau (DCE*).

3Les grandes couches géologiques forment les réservoirs des nappes, leur ensemble constituant l’aquifère. Les propriétés internes des formations géologiques et leurs connexions avec la surface et avec les formations environnantes déterminent les propriétés aquifères plus ou moins développées de ces formations. Elles conditionnent la taille de leurs réserves, la vitesse à laquelle l’eau circule et le taux de renouvellement de l’aquifère. Ce dernier est par nature ouvert sur la surface et débouche, le plus souvent, vers une rivière en aval, et parfois sous la mer. Toutes les rivières sont très fortement connectées à un aquifère constitué des alluvions* déposés au cours du temps par la rivière, ces deux systèmes étant totalement interdépendants.

4Il existe plusieurs types de roches conduisant à la définition de trois grands types d’aquifères* conditionnés par la géologie et aux fonctionnements très différents. Les aquifères poreux se comportent comme des éponges (la souplesse en moins) : l’eau circule entre les grains des roches (calcaires, sables…). Le volume d’eau stocké et les possibilités d’exploitation dépendent directement de la densité, de la taille et de la connexion des vides de la roche. L’exploitation de l’eau de ces aquifères poreux est courante, l’eau est facile à trouver, car répartie de façon relativement homogène dans l’ensemble de la couche géologique concernée. C’est le cas dans le bassin parisien : ses roches sédimentaires déposées en couches renferment plusieurs nappes, qui sont exploitées (aquifère de la craie en Beauce, nappe de l’albien…). À l’inverse, les aquifères fissurés ou fracturés du massif armoricain sont caractéristiques des roches dures et de faible porosité (granites, schistes, grès…). Les fissures et fractures de taille milli métrique à centimétriques qu’elles comportent permettent un stockage et la circulation de l’eau. Dans ces aquifères aux propriétés hétérogènes, l’eau souterraine existe en quantité exploitable pour l’alimentation en eau potable, mais le défi est de localiser les structures favorables à la circulation des eaux souterraines. Enfin, dans le milieu karstique*, le calcaire dissous forme des drains, dont les plus grandes manifestations sont les grottes, comme dans le Vaucluse ou le Larzac. L’eau y circule très rapidement, mais il s’agit néanmoins d’aquifères, car l’eau est également stockée à travers la matrice poreuse de l’ensemble de la roche.

Exemple de coupe du milieu souterrain avec un aquifère de socle (milieu fracturé) entaillé par une rivière et sa nappe alluvionnaire (milieu homogène poreux). Les temps de résidence moyens caractéristiques sont donnés pour indication. Source V. Vergnaud

Un compartiment invisible mais biodynamique

5Alors que le moteur de la partie aérienne du cycle de l’eau est lié au processus d’évapotranspiration, sous l’effet du soleil, celui de la partie souterraine est la gravité. Sur toute la surface de la Terre, l’eau de pluie pénètre au sein des sols. Durant une majeure partie de l’année, elle est prélevée par les plantes, mais le reste du temps (l’hiver en région tempérée), elle s’infiltre jusqu’à la nappe et constitue la « recharge » annuelle de cette dernière. Sous terre, l’eau s’écoule des points les plus hauts vers les points les plus bas, où elle termine son parcours souterrain. Les sorties de la nappe constituent des sources qui alimentent de manière diffuse les rivières tout au long de leur cheminement. Ainsi, la majeure partie de l’eau des rivières a été une eau souterraine.

6Plus l’eau souterraine gagne des parties profondes au sein de l’aquifère, plus sa vitesse de circulation ralentit et plus le temps qu’elle passe au sein du compartiment souterrain (temps de résidence*) augmente. Ces temps de résidence sont évalués à partir de traceurs atmosphériques produits par les êtres humains (3H, CFCs, SF6) ou par des éléments radioactifs (14C, 39Ar…). Ils peuvent être très variables : de quelques années dans certains conduits karstiques, et plusieurs milliers d’années dans les grands bassins sédimentaires, tels que le bassin parisien. Dans certaines fractures des massifs anciens (massif armoricain, bouclier canadien…), les eaux souterraines ont gardé des traces (certains éléments chimiques) de grands événements climatiques passés, tels que les dernières transgressions marines ou les dernières glaciations.

7Quel que soit le type d’aquifère, l’eau ne stagne jamais complètement. Les nappes dites « fossiles » n’existent pas réellement : l’eau circule toujours, même très lentement, comme dans l’aquifère situé sous l’ensemble du Sahara. Au cours de sa circulation, elle transporte des éléments chimiques et enregistre ainsi la « signature chimique » de son aire d’alimentation et de recharge, signature qui peut ensuite être modifiée par les processus biogéochimiques existants au sein de l’aquifère (interactions eau-roche, processus microbiens…). En effet, les micro-organismes de la sub-surface constituent une part importante de l’écosystème terrestre. Bien qu’encore méconnu, l’écosystème des aquifères abrite une très grande variété de micro-organismes qui, en l’absence de nutriments carbonés, tirent leur énergie directement de la dissolution des minéraux des roches qu’ils accélèrent.

8Au final, la qualité chimique de la rivière (exutoire* de l’aquifère), et en particulier la dynamique des éléments au sein de cette dernière sont fortement liées au compartiment souterrain. Les réservoirs qui participent majoritairement à l’alimentation des rivières ont des temps de résidence nettement plus longs que les eaux de surface. L’aquifère est donc un facteur clé dans la réponse de la qualité des eaux de la rivière à un changement de pratiques ou d’occupation du sol.

Literaturverzeichnis

Références bibliographiques

Les eaux souterraines en France, Collection les enjeux des géosciences, BRGM/onema/cfh, 2009.

• C. COSANDREY et M. ROBINSON – Hydrologie continentale, Armand Colin, 2000.

• J. C. ROUX (dir.) – Aquifères et eaux souterraines de France, BRGM/AIH, 2006.

Abbildungsverzeichnis

Bildunterschrift Exemple de coupe du milieu souterrain avec un aquifère de socle (milieu fracturé) entaillé par une rivière et sa nappe alluvionnaire (milieu homogène poreux). Les temps de résidence moyens caractéristiques sont donnés pour indication. Source V. Vergnaud
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/9864/img-1.jpg
Datei image/jpeg, 68k

Autoren

Hydrogéologue hydrochimiste, Ingénieure de Recherche, Géosciences, Rennes, p. 112.
virginie.vergnaud@laposte.net

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