1Le fonctionnement hydrogéologique de l’estuaire de la Gironde est très complexe de par la configuration géologique des terrains. La complexité est également amplifiée par les multiples relations hydrauliques entre l’estuaire et les différents aquifères sous-jacents. Ce chapitre introduit brièvement la géologie régionale afin d’expliquer les contraintes imposées par la géologie sur l’hydrologie de surface et la nappe profonde de l’Éocène.

2Comme souvent pour les grands systèmes fluviaux, l’orientation et la position géographique de l’estuaire sont induits par l’architecture géologique régionale (plissements et faille). L’estuaire de la Gironde est ainsi positionné dans une « goulotte » synclinale dont l’orientation obéit aux grandes directions tectoniques qui structurent la géologie du Sud-Ouest de la France.

3Des relations hydrauliques existent entre l’estuaire et les aquifères (nappes d’eau souterraines) présents dans les formations qui affleurent dans son lit, mais sont relativement limitées de par leur faible extension. Les volumes d’eau douce qui alimentent l’estuaire sont quasiment insignifiants par rapport au flux d’écoulement. Toutefois, dans un contexte de changement climatique, accompagné de son cortège de manifestations locales dont la remontée du niveau moyen de l’océan et la baisse des débits des cours d’eau qui alimentent l’estuaire, il est important de mieux appréhender le rôle que pourraient avoir les aquifères présents sous l’estuaire tant en termes de quantité d’eau douce fournie qu’en termes de qualité, notamment vis-à-vis du biotope local.

Introduction : Vision géologique et hydrogéologique de l’estuaire

4Morphologiquement, l’estuaire de la Gironde se caractérise par une dissymétrie entre ses deux rives. La presqu’île du Médoc est une vaste plaine dont la majeure partie est sous une altitude de moins de 5 mètres NGF. La rive droite est marquée par des reliefs sous forme de coteaux en Haute Gironde et de falaises en Haute Saintonge.

5Cette dissymétrie est induite par la géologie puisque la rive droite correspond au flanc occidental d’une structure anticlinale (anticlinal¹ de Jonzac) qui fait affleurer des terrains du Crétacé, alors que la rive gauche correspond à un domaine de plateforme (figure 1). L’estuaire de la Gironde est de ce fait installé au creux d’une « goulotte » synclinale¹ dont la direction est parallèle à celle de l’anticlinal de Jonzac. Ainsi, le long de l’estuaire sur le flanc sud-ouest de l’anticlinal, affleure une puissante série marneuse allant du Santonien au Campanien qui forme des falaises, comme la falaise de Meschers par exemple.

Figure 1. Coupe géologique simplifiée transversale à l’estuaire

6Les contours actuels de la presqu’île du Médoc et de la rive gauche de l’estuaire datent du Quaternaire, le relief et la formation des bassins-versants topographiques résultant principalement des processus géomorphologiques très influencés par d’importantes variations, supérieures à 100 m, du niveau marin et ce dans un passé géologique récent au Quaternaire.

7Au Pliocène, l’ensemble des cours d’eau s’écoulait vers l’océan. La remontée des eaux, commencée il y a 20 000 ans et achevée voici 3 000 ans, s’est accompagnée de la formation, en quelques siècles, du cordon dunaire et des lacs médocains.

8Du point de vue géodynamique, la mise en place de l’estuaire est relativement complexe. Au cours de la période ante-flandrienne (- 20 000 BP) et principalement lors des épisodes de glaciations et de réchauffements au Quaternaire, les paléo « Garonne » et « Dordogne » ont creusé leurs lits dans le substratum tertiaire (Éocène et Oligocène).

9Phases de creusements profonds et de mises en place de terrasses étagées, subhorizontales se sont alternées en rythme avec les glaciations et réchauffements des périodes Günz (- 621-676 ka), Mindel (- 424-478 ka), Riss (- 130-200 ka) et Würm (- 10-120 ka).

10Des épisodes torrentiels ont déposé des sables, graviers et galets grossiers provenant des stocks présents dans les bassins-versants, notamment du Massif Central et essentiellement des Pyrénées, parfois accompagnés de lignites. Pendant les périodes d’accalmies, des tourbes et argiles à végétaux se sont accumulées.

11Concomitamment à la baisse du niveau marin, les fleuves et affluents ont sur-creusé leurs lits créant des hautes, moyennes et basses terrasses alluviales.

12Au début de la période flandrienne, le niveau de l’océan se situait vers - 100 m par rapport à l’actuel. Le substratum tertiaire ayant été découvert par l’érosion, les terrasses anciennes ont été très entaillées. Entre - 20 000 à - 6 000 BP, le niveau marin remonte jusqu’à - 15 m : d’importantes épaisseurs de sables, graviers et galets sont déposées dans la totalité de la zone estuarienne puis des sables fins et des argiles en bourrelets alluviaux. Vers - 12 000 BP, l’embouchure se remodèle en delta avec de nombreuses îles. En rive gauche, le comblement des anciennes baies et d’anciens golfes par des alluvions argileuses marines et fluviales lors de la transgression flandrienne forme des zones de marais. Le processus est similaire en rive droite, bien que de plus faible ampleur en raison de la dissymétrie géologique entre les deux rives.

13À partir de - 6 000 et jusqu’à - 3 000 BP, l’océan s’élève encore de - 15 m jusqu’à son niveau actuel. L’estuaire, qui est très largement ouvert, est rapidement baigné par d’importantes quantités d’eau salée qui envahissent les dépôts antérieurs. Ces intrusions d’eau salée ont parfois été fossilisées par les sédiments et ont été rencontrées sur les deux rives à la faveur de forages.

I. Relations eaux de surface/eaux souterraines

14Hydrogéologiquement, la zone estuarienne est donc caractérisée par la présence d’aquifères superposés et juxtaposés aux contextes lithologiques variés, conséquence des différentes phases d’érosion et de comblement qui ont façonné le modelé de l’environnement de l’estuaire.

15Le fonctionnement hydrogéologique de l’estuaire de la Gironde est très complexe de par la configuration géologique des terrains (figure 2) et également du fait des relations hydrauliques entre l’estuaire et les différents aquifères sous-jacents (Platel et al., 2003).

Figure 2. Coupe géologique détaillée longitudinale à l’estuaire

16Contrairement à ce qui était considéré longtemps comme une évidence, il apparaît, notamment au vu des études menées par le BRGM, que le fond de l’Estuaire est très peu en contact avec les aquifères de l’Éocène (Platel et al., 2003). Ces contacts se feraient à la faveur de « fenêtres » d’extension limitée, et localisées dans le fond du chenal de grande navigation. C’est sous ce chenal que les alluvions récentes auraient été décapées, ce qui autoriserait le contact hydraulique entre les eaux de surface de l’estuaire et les eaux souterraines. Dans l’état actuel des connaissances, les interactions entre l’estuaire et les nappes éocènes restent difficiles à évaluer tant qualitativement que quantitativement, mais les flux échangés semblent être très limités en regard des débits qui transitent dans l’estuaire. Pour ce qui est du sens de ces échanges, l’analyse de la piézométrie éocène locale indique qu’en règle générale la pression de la nappe est supérieure à celle de l’estuaire. Ceci confère à l’estuaire le rôle d’exutoire de la nappe éocène à l’aval de Blaye.

17Toutefois, il faut préciser que, selon l’état piézométrique de la nappe et les conditions de marée, les sens et direction des flux peuvent s’inverser. Les eaux de l’estuaire sont ainsi susceptibles de pénétrer dans le réservoir de l’Éocène moyen, ce qui, les eaux de l’estuaire étant salées (par rapport aux eaux douces souterraines), peut être considéré comme une contamination. Les travaux réalisés montrent que ces conditions peuvent actuellement se produire entre 38 à 51 % du temps dans la zone de l’estuaire au-delà de Blaye et, plus au sud, entre 8 à 30 % dans la zone de l’anticlinal de Blaye-Listrac (Platel et al., 2003).

18Si le sous-sol de l’estuaire est hydrogéologiquement complexe (figure 3, p. 69), les zones d’interface que constituent les rives, les berges et les versants le sont également.

Figure 3. Carte géologique en écorché sous les alluvions quaternaires du secteur de l’estuaire de la Gironde

19Ainsi, la rive orientale est le siège de nombreux processus hydrogéologiques en relation avec l’estuaire. Le relief de cette rive formé par les coteaux calcaires du Crétacé a été soumis à une intense fracturation. Celle-ci affecte la série carbonatée et permet d’importants échanges verticaux. À la faveur des zones karstiques qui se sont développées, les eaux profondes de la nappe du Turonien-Coniacien émergent et créent de nombreuses sources tout le long de la rive droite. Ces sources karstiques caractérisées par d’importants débits (de 300 à 3 000 m³/h en débit moyen selon les sites) sont souvent captées pour l’alimentation en eau potable. Certaines émergent au pied des falaises calcaires à la terminaison des zones de marais (environs de Mortagne).

20La rive occidentale de l’estuaire propose une curiosité hydrogéologique : une paléo dépression fossilisée dans les sédiments sous-flandriens, et remplie d’une eau saumâtre ancienne, est présente sur la bordure estuarienne de la pointe du Médoc, du Nord de saint Estèphe à la Pointe de Grave. Cette zone salée est à l’origine d’une contamination locale du réservoir éocène par diffusion pour la nappe de l’Éocène, et non pas, comme on l’a longtemps craint, par contact direct avec les eaux de l’estuaire – moins salées que ces eaux fossiles.

II. Gestion des eaux : le fond de l’estuaire à l’interface de deux SAGE

21Le fond de l’estuaire est une zone d’interface entre deux schémas d’aménagement et de gestion des eaux (SAGE) : celui des Nappes profondes de Gironde, approuvé en 2003 et révisé en 2013, et celui de l’estuaire de la Gironde et des milieux associés, approuvé en 2013.

22En effet, dans le fonctionnement actuel de l’hydrosystème constitué par les nappes éocènes et l’estuaire, ce dernier apparaît comme le réceptacle des eaux souterraines. Ceci implique que les flux d’eau vers l’estuaire sont contrôlés par le fonctionnement des différents aquifères et indirectement par leur mode de gestion. Il est donc légitime de s’interroger sur les enjeux liés à la dépendance du milieu estuarien aux flux sortants à son profit depuis les nappes profondes.

23La réglementation ne proposant pas de définition claire et adaptée aux nappes profondes de la notion de « bon état quantitatif » des eaux souterraines, la version révisée en 2013 du SAGE des Nappes profondes de Gironde s’appuie sur une définition girondine de ce bon état qui intègre cette interdépendance au travers du concept de zones à enjeux aval (disposition 6 du SAGE Nappes Profondes de Gironde).

24Ce concept vise à la fois :

• – non seulement à se prémunir de l’entrée d’eaux parasites dans les nappes profondes ;

• – mais aussi de garantir des débits suffisants au profit des milieux avals pour ne pas empêcher l’atteinte ou le maintien du bon état pour ces milieux.

25Du fait de sa position aval en regard des nappes de l’Éocène, l’estuaire a été identifié comme une zone à enjeu aval potentielle au sens du SAGE Nappes profondes de Gironde et fait donc l’objet d’études spécifiques.

26Portées par le SMEGREG (Syndicat Mixte d’Étude et de Gestion de la Ressource en Eau du département de la Gironde, Établissement Public Territorial de Bassin des nappes profondes de Gironde), confiées au BRGM, menées sous l’expertise du Groupe d’experts hydrogéologues auprès de la CLE du SAGE nappes profondes et associant notamment le SMIDDEST, ces études visent à :

• – vérifier l’existence d’un enjeu aval (milieu ou usage au profit duquel un flux sortant doit être garanti) ;

• – garantir le cas échéant le flux minimum pour pouvoir considérer la ou les unités de gestion concernées comme étant en « bon état » sur cet aspect particulier ;

• – préciser le contexte piézométrique « minimal » qui permet de garantir ce flux sortant.

Conclusion

27Comme évoqué dans la partie fonctionnement, la participation de l’aquifère de l’Éocène au débit de l’estuaire reste difficile à évaluer tant quantitativement que qualitativement. Peu d’affleurements dans le fond sont observés et les fenêtres de contact sont supposées dans le chenal. Seule la piézométrie de l’Éocène indique que l’estuaire joue le rôle hydraulique d’exutoire de la nappe à l’aval de Blaye.

28Une quantification des flux d’échange avec la nappe profonde Éocène est donc nécessaire et s’appuie notamment sur une exploitation fine des modèles numériques.

29Le flux global d’apport d’eau des nappes profondes vers l’estuaire a ainsi été évalué à l’aide du Modèle Nord Aquitain du BRGM (MONA, version V3.3b-2014 – maillage de 2 km de côté au pas de temps annuel entre 1972 et 2014). Le flux ainsi calculé, entaché de grandes incertitudes liées aux nombreuses simplifications du modèle, est de l’ordre de 36 000 m³/j (flux calculé sur la période 1972-2014). Il est très faible par rapport au volume journalier moyen s’écoulant par l’estuaire puisque cela représenterait moins de 0,05 % du débit de l’Estuaire. En termes de localisation des principaux échanges, on note que les apports à l’estuaire de l’Éocène moyen se font préférentiellement en rive gauche de Saint-Yzans-de-Médoc à Jau-Dignac-et-Loirac et le long de la rive droite vers la commune de Braud-et-Saint-Louis. On note également des arrivées d’eau via les formations crétacées en rive droite, secteur d’émergences importantes de l’aquifère semi-captif du Turonien-Coniacien entre les communes de Chenac-Saint-Seurin-d’Uzet en Charente-Maritime (Chauvignac, Fond Garnier) et Saint-Dizant-du-Gua (Fontaines bleues). En dehors de ces secteurs, les échanges sont de moindre importance (Cabaret, 2016).

30Il conviendra dans un deuxième temps de procéder à une évaluation du rôle du point de vue biologique, des échanges potentiels entre la nappe et l’estuaire et de préciser si les zones de sorties des flux depuis la nappe éocène sont indispensables au maintien d’une espèce spécifique ou d’un biotope particulier.

31Compte tenu du faible volume d’eau apporté par les nappes profondes à l’estuaire de la Gironde, et de la localisation des flux préférentiels d’apports vis-à-vis des activités anthropiques de ce milieu aquatique superficiel, il n’est pas possible, en l’état actuel des connaissances, d’identifier ici un réel enjeu d’un point de vue qualitatif.