karstLa rivière souterraine ou le lac souterrain, concepts qui habitent l’imaginaire collectif, sont très rares dans la nature. Les rivières ou les lacs souterrains se rencontrent seulement dans certains massifs calcaires (dits karstiques) avec la création de cavités parfois visitables.

En fait, dans plus de 95% des cas, l’eau souterraine se trouve sous forme de nappe au sein de roches poreuses. Elle en remplit toutes les cavités dont les dimensions peuvent être microscopiques.

 

 

Qu’est-ce qu’une nappe ?

porosite

L’eau des nappes souterraines occupe les vides des roches (porosité) et représente une proportion notable du volume de ces roches (de quelques % à plus de 20%). Elle a pour origine l’eau de pluie qui s’est infiltrée dans le sol jusqu’à ces roches.

 

Pour qu’une nappe d’eau existe il faut :

pucebulle une roche réservoir, c’est-à-dire une roche dans laquelle il y a des espaces vides connectés (pas de simples « bulles ») où l’eau peut circuler ;

pucebulle un obstacle au fond du réservoir comme une couche imperméable s’opposant à un écoulement vertical qui permet à l’eau de s’accumuler ;

pucebulle une alimentation en eau ponctuelle ou continue par la surface.

 

Il existe deux types de nappes :

pucebulle les nappes libres où la pression de l’eau, à la surface de la nappe, est égale à la pression atmosphérique. C’est le cas lorsque la roche réservoir affleure à la surface.

pucebulle les nappes captives où la pression de l’eau, à la surface de la nappe, est supérieure à la pression atmosphérique. C’est le cas lorsque la roche réservoir est surmontée d’une couche imperméable. Le niveau d’eau ne pouvant dépasser le haut du réservoir, l’eau se met sous pression. La pression peut parfois être suffisante pour que l’eau jaillisse naturellement en surface dans un forage atteignant cette nappe.

nappes

Les nappes profondes sont presque toujours captives sur la quasi-totalité de leur aire d’extension.

 

Quelques notions d’hydraulique souterraine

La circulation et le renouvellement de l’eau dans les nappes varient selon la nature du réservoir et le type de nappe (libre ou captive).

Dans les aquifères karstiques, l'eau peut parfois circuler à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par jour dans des fissures ou des conduits parfois de grandes dimensions (systèmes accessibles aux spéléologues). Ce cas mis à part, l’eau circule en sous-sol, d’un point à un autre de la même couche, à la vitesse de quelques mètres par an (et parfois moins).

vitesses

L’âge de l’eau au sein d’une nappe dépend de la vitesse de circulation de l’eau et du volume stocké dans la nappe. Cet âge peut aller de quelques années pour une nappe de surface, à plusieurs dizaines de milliers d’années pour une nappe profonde.

Comme il est impossible de mesurer directement le débit d'une nappe entre deux points, celui-ci est calculé à partir de mesures des pressions de l'eau en différents points (niveau piézométrique) et de la perméabilité mesurée ou estimée des roches. A partir des mesures des pressions en de nombreux forages, il est possible de tracer une carte de la surface de la nappe qui met en évidence les sens et les directions d'écoulement. La comparaison des cartes pour des années différentes permet d'apprécier l'évolution des réserves en eau.

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L’âge de l’eau souterraine en Gironde

 

schemaCirculation2

 

 

Les roches qui composent le sous-sol sont très anciennes. Elles peuvent dater de plusieurs centaines de millions d’années. Par exemple, au droit de Bordeaux, les roches de l’Eocène sont âgées de 33 à 65 millions d’années. L’eau de la nappe qui circule dans ces roches, quant à elle, a 20 000 ans.

Cet âge correspond à la fin des dernières glaciations. L’eau des nappes profondes qui se trouvent en Gironde, circule des contreforts du Massif Central vers son exutoire : l’océan. Pendant la dernière glaciation l’infiltration était très forte du fait de la fonte des glaces et le niveau de l’océan beaucoup plus bas que maintenant. Ainsi la vitesse d’écoulement de l’eau des nappes était plus importante et son renouvellement plus rapide.

Actuellement les entrées d’eau sont bien moindres : elles sont uniquement assurées par l’infiltration d’eau de pluie, en grande partie sur les contreforts du Massif Central. Par ailleurs, les sorties sont limitées par une pression plus forte des eaux de l’océan, à cause de l’augmentation du niveau de l’océan suite à la fonte des glaces. Le renouvellement de l’eau dans les nappes est par conséquent beaucoup plus lent.