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| L'eau souterraine |
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Les eaux souterraines en quelques chiffresRessourcesOn a répertorié en France environ 450 aquifères dont 200 aquifères régionaux de tailles variées (100 à 100 000 km2 ) à ressource exploitable : 25 nappes captives et 175 nappes libres. On estime que ces 200 aquifères renferment 2 000 milliards de m3 d'eau dont environ 100 milliards de m3 s'écoulent annuellement vers les sources et les cours d'eau. La productivité individuelle des forages d'exploitation varie de quelques m3 /heure à 200 m3 /heure, parfois plus. Les ressources en eau souterraine sont bien réparties sur les 2/3 du territoire.ExploitationActuellement, environ 7 milliards de m3 /an sont puisés dans les nappes d'eau souterraine dont 50% pour l'eau potable couvrant ainsi :
Suivant les nappes, les volumes soutirés par année (par les exploitations) sont de l'ordre de 1 à 10% de leur débit naturel mais, dans certains cas, ce pourcentage peut atteindre 50%, voire 100%. Ainsi,
Bilan d'eau de la France
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Les principaux types de nappes
Il y a plusieurs types de nappes selon les roches-magasins et selon la nature du réservoir.
I l s'agit de roches poreuses (sable, craie, calcaire) jadis déposées en vastes couches. Elles peuvent contenir de 50 à 100 l d'eau par m3 . Les forages peuvent délivrer à peu près de 50 à 200 m3 d'eau à l'heure.Ces nappes sont dites libres parce que la surface supérieure de l'eau fluctue sans contrainte. Il n'y a pas de "couvercle" imperméable au toit du réservoir et la pluie efficace peut les alimenter par toute la surface. Certaines nappes libres sont constituées par des plateaux calcaires où les vides sont surtout des fissures élargies par la dissolution, parfois jusqu'à la taille de gouffres et de cavernes. Ce sont des karsts. Ils peuvent donner lieu à de grosses sources (Fontaine de Vaucluse), mais comme les vides contenant de l'eau sont grands et peu nombreux, la réserve s'écoule vite et le débit des sources varie parfois de 1 à 100 au cours de l'année. Dans les régions méditerranéennes, beaucoup de ces sources tarissent en fin d'été .
Elles sont constituées à peu près des mêmes types de roche, mais sont recouvertes par une autre couche géologique imperméable qui confine l'eau. Celle-ci est alors sous pression et peut jaillir dans des forages dits artésiens. L'alimentation ne peut se faire que par des zones d'affleurement limitées ou des communications souterraines. Dans les déserts, ces nappes sont fossiles. Elles ne reçoivent plus d'alimentation et sont alors des mines d'eau épuisables non renouvelées. Les nappes captives sont souvent profondes, voire très profondes (1000 m et plus). On peut alors les exploiter pour la géothermie.
Ces nappes fournissent 60% des eaux souterraines captées en France, en particulier grâce à leur facilité d'accès et leur bon débit. Elles sont le lieu privilégié des échanges entre les cours d'eau et les autres grandes nappes des coteaux (nappes libres). C'est à travers ces nappes alluviales que les grands flux issus des nappes libres rejoignent les rivières. Parfois, ce sont les rivières qui cèdent de l'eau aux nappes alluviales. Ce phénomène est rare et localisé en France mais habituel dans les oueds des pays arides .
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La dynamique des eaux souterraines
A l'intérieur des nappes se déroulent de grands phénomènes naturels de fluctuation et d'écoulement. L'eau d'infiltration issue des pluies efficaces, au sommet de la nappe remplit les pores et relève le niveau de la nappe sur une hauteur de un à quelques dizaines de mètres, selon les roches et l'importance de la recharge. Ceci entretient une pente faible mais suffisante pour que l'eau s'écoule vers les points bas et les sorties possibles (rivières, sources). Sous l'effet de la pesanteur, l'eau souterraine s'écoule comme le fait l'eau de surface, mais le freinage produit par le frottement dans les pores de la roche fait durer le phénomène des semaines ou des années. Dans un karst, très perméable, cela dure de quelques semaines à quelques mois. Dans un sable fin argileux, peu perméable, cela prend des années. Pendant ce temps, l'écoulement aux limites vide le réservoir et abaisse la surface. Là est l'origine de la fluctuation du niveau des nappes, et le niveau remontera aux prochaines pluies efficaces. L'amplitude de la fluctuation est maximale, loin des limites de sortie. En revanche, aux sources, le niveau varie peu, c'est alors le débit qui fluctue. Ainsi, beaucoup de nappes ont un régime pluriannuel. Une série de recharges, chaque année, constitue un peu comme un train d'ondes irrégulières qui se combinent pour former une modulation plus lente, plus large. Une et même plusieurs années sans recharge de ces types de nappes ne constituent donc pas une phénomène grave. Elles supportent bien ces déficits temporaires d'alimentation, mais leur écoulement aux limites se ralentit progressivement et donc également leur apport aux cours d'eau. |
Les relations entre nappesDes nappes qui communiquent entre elles forment des systèmes aquifères et la combinaison naturelle de plusieurs nappes contenues dans des terrains de propriétés diverses, va jouer un rôle modérateur et régulateur des écoulements.A plus grande échelle, le drainage successif de plusieurs nappes par le réseau hydrographique d'un grand bassin constitue aussi un phénomène compensateur par addition de nappes karstiques à tarissement rapide et de nappes à effet de réserve différée par exemple. Chacune joue alors son rôle le moment venu en fonction de ses capacités. De plus, la taille des bassins organisés en grappes de sous-bassin est aussi responsable de la plus ou moins grande pérennité des écoulements. Ce sont donc les petites nappes de faible capacité de stockage, vites vidées parce que très perméables et situées en tête des bassins qui vont mal supporter la sécheresse. |
L'infiltration des pluies ou la recharge des nappesLe milieu naturel fonctionne comme un ensemble de réservoirs en cascades. Le sol recueille les pluies (une partie de l'eau ruisselle plus ou moins rapidement selon la pente et la perméabilité des terrains) et le proche sous-sol s'humecte et retient une partie de l'eau qu'il redistribue vers l'atmosphère par les plantes qui "évaporent et transpirent" (évapotranspiration : en France, près des 2/3 des pluies repartent ainsi vers l'atmosphère) et vers le sous-sol profond. Les nappes sont ainsi alimentées par l'infiltration.
Les couches profondes du sous-sol sont le réservoir des nappes. Ces nappes ne sont pas immobiles. Un flux quasi horizontal les parcourt d'amont en aval, des zones d'infiltration vers les sources et les rivières. Fortement freiné par l'écoulement dans les pores des roches, ce flux est lent. Alors qu'une rivière s'écoule sous nos yeux à environ un mètre par seconde, il faut à l'eau souterraine un jour ou un an pour parcourir le même trajet. Cette lenteur ne signifie pas pour autant faiblesse des débits. Grâce à la grande largeur des fronts d'écoulement des nappes, des dizaines de milliards de m3 pour chaque bassin rejoignent ainsi les rivières. Le devenir d'une pluie va donc être très différent selon l'état de la surface sur laquelle elle tombe. Une faible pluie d'hiver, sur un sol labouré, va humecter le réservoir superficiel qui va se recharger. Avec de nouvelles pluies, le taux d'humidité va croître jusqu'à ce que la terre contienne, selon sa nature, 50 à 150 l d'eau au m3 . C'est la réserve facilement utilisable par les plantes qui vont y puiser dès le printemps et l'épuiser progressivement, s'il ne pleut pas de nouveau.
S i le sol superficiel reçoit plus d'eau que le volume de cette réserve, il ne peut la stocker. Il va alors céder cette eau aux nappes. C'est le phénomène de recharge ou d'infiltration. Le niveau des nappes va commencer à monter mais cela se produit avec un certain décalage dans le temps car l'eau chemine lentement, même verticalement.Au contraire, si des pluies, mêmes importantes, surviennent alors que la végétation est très active, l'eau de réserve superficielle qui se reconstitue est redistribuée aux plantes qui se servent les premières. Il ne peut y avoir d'infiltration profonde. De très violentes pluies qui n'ont alors pas le temps de s'infiltrer (surtout si le terrain est en pente) peuvent donner lieu à des ruissellements et à des crues. Ceci explique donc :
En année "moyenne", près de 200 l d'eau s'infiltrent ainsi sous chaque m2 de notre territoire, mais il peut s'agir localement de moins de 50 l et ailleurs de plus de 500 l en fonction du climat et des terrains en présence. Toutes les combinaisons selon les types de sols, de climats et de topographies, sont donc possibles. |
L'écoulement des nappes vers les cours d'eauL'écoulement des nappes vers les cours d'eau En période de pluie dite efficace, les nappes et le ruissellement de surface s'alimentent. Il peut donc y avoir des crues, ou simplement des hautes eaux, car le sol gorgé d'eau ne peut "avaler" plus vite que sa perméabilité ne le lui autorise. Pour la recharge, il vaut donc mieux des pluies moyennes régulières et entretenues que des trombes d'eau qui ruissellent et provoquent des inondations.Ces phénomènes, parfois catastrophiques, durent quelques jours, quelques semaines, ou moins selon la taille des bassins versants et la durée des séquences pluvieuses. Cependant, lorsque les ruissellements cessent, ce qui se passe de façon progressive, les fleuves ne s'assèchent pas, ou pas tout de suite car ils sont, en effet, alimentés par la vidange des nappes (par les sources) et par l'effet de drainage du fond du lit des cours d'eau (c'est le point le plus bas où convergent tous les écoulements souterrains). Ainsi en France, sur 170 milliards de m3 de pluie efficace, 100 milliards en année moyenne transitent par les nappes qui sont de grandes régulatrices-distributrices de flux. Lorsque les pluies ont cessé, que les ruissellements se sont taris, c'est l'eau de nappe qui s'écoule dans les rivières. Grâce aux propriétés d'éponge des pores des roches, l'écoulement est ralenti et les nappes fonctionnement alors comme des réservoirs. A la suite d'une bonne recharge hivernale, les nappes sont hautes. Elles alimentent alors, de façon abondante et durable, le débit des cours d'eau, au moins jusqu'au début de l'été. Il peut donc y avoir une canicule sévère sans qu'il y ait nécessairement pénurie d'eau dans les rivières et les barrages. A l'intérieur des nappes interviennent également des phénomènes régulateurs, plus ou moins intenses selon la nature géologique des terrains (ou aquifères) qui contiennent l'eau. |
La sécheresse Beaucoup d'idées reçues circulent sur la sécheresse et bien souvent les faits démentent les apparences.Ainsi, un paysage verdoyant ne recouvre pas forcément un sous-sol riche en eau. Inversement, sous des paysages minéraux, d'importantes réserves attendent d'être exploitées. Par ailleurs, quand les besoins l'exigent et que les ressources sont disponibles, il n'y a aucune raison de se priver des "banques à eau" que sont les nappes souterraines. La sécheresse : quelques définitionsLa sécheresse est une déficience conjoncturelle (établie par rapport à une valeur de référence) des apports d'eau par les pluies. Il y a des périodes de sécheresse, des années ou des décennies sèches. Ainsi, un mois sans pluie en Bretagne = sécheresse, huit mois sans pluies à Niamey = état "normal". Par rapport à des pluies toujours irrégulières, la valeur moyenne est une notion abstraite faite d'années diversement arrosées et, même en climat tempéré, l'année moyenne est très rare. Plus l'écart à la moyenne est grand (on dit aussi écart à la "normale", qui est le standard de référence de la météorologie nationale), plus la déception est grande, car la sécheresse est surtout l'insatisfaction d'une attente, voire d'un "dû" dans l'esprit de certains. L'aridité est une caractéristique permanente du climat, définissable par des valeurs de pluie et de température. Par rapport à une valeur moyenne, qui sera faible, un pays aride peut aussi présenter des sécheresses. La désertification est un phénomène lié à l'activité humaine qui frappe en premier les milieux naturels les plus fragiles. Elle est favorisée par la sécheresse ou les séquences d'années sèches, mais elle est surtout causée par le surpâturage, la déforestation, la mauvaise gestion des sols. Les effets de la sécheresse sont diversement ressentis selon le climat et la façon dont se sont adaptés les végétaux naturels, puis les hommes et leurs cultures. Ainsi, sur la végétation, un mois sans pluie en Bretagne fait plus de mal que dans les collines varoises et l'irrigation, inconnue il y a 25 ans au Nord de la Loire, est millénaire dans le bassin méditerranéen. La date des pluies et leur intensité, déterminent diverses sécheresses : sécheresses du sol et des plantes, sécheresses des eaux superficielles et sécheresses des eaux souterraines. Ces types de sécheresse peuvent être isolés ou survenir ensemble, car les pluies sont utilisées différemment selon leur intensité et la période à laquelle elles tombent. |
Vers une gestion durable des eaux souterrainesEaux souterraines et eaux de surface sont deux états de notre ressource en eau, deux phases du cycle de l'eau. Les interactions entre ces deux domaines sont profondes mais leurs caractéristiques sont très différentes et doivent être bien comprises pour apprécier les spécificités d'une gestion durable des eaux souterraines.
Les eaux souterraines sont présentes en tous points sur les deux tiers du territoire, dans des nappes qui constituent à la fois un "plan" de distribution et un réservoir. Leur stock présente une très grande inertie au plan de la qualité comme de la quantité en raison de la lenteur des écoulements qui les affectent. La protection naturelle importante dont certaines d'entre elles bénéficient vis-à-vis des pollutions accidentelles, leur confère un grand intérêt en cas de crise. Le coût d'appropriation de cette ressource de qualité est le plus souvent faible. Le revers de ces avantages résulte, comme eux, de la nature même des eaux souterraines :
L'évaluation, la mobilisation et la préservation des ressources en eau souterraine répondent à des enjeux importants qui relèvent à la fois du développement économique, de contraintes sociales ainsi que de la protection de l'environnement et du cadre de vie. L'expression de ces enjeux se traduit essentiellement de deux manières :
Le système aquifère est à la ressource en eau souterraine ce que le bassin versant est à la ressource en eau de surface : c'est l'espace du sous-sol contenant une ressource identifiable, et gérable, en tant que telle. La tendance naturelle de l'eau est de s'écouler toujours vers un "niveau de base" qui est celui de la mer. Elle peut être momentanément ralentie, piégée et peut s'accumuler dans des formations géologiques lui offrant cette place : c'est le système aquifère. Un système aquifère est donc l'ensemble d'un réservoir naturel souterrain et de l'eau qu'il contient, ou qui le traverse. Plusieurs définitions ont été données du "système aquifère". Toutes expriment les notions d'espace géologique et d'indépendance hydraulique. Si le système aquifère est une unité physique, géométriquement identifiable, l'eau qu'il contient ne fait en général que le traverser : elle vient d'un amont et va vers un aval. Tant qu'elle reste dans le sous-sol elle est dite "souterraine" et l'on a affaire à un système aquifère. Les états que l'on présente ne sont que des "instantanés" figés de cette évolution, lente, mais qui mobilise d'énormes masses d'eau. La connaissance de la ressource en eau est à la mesure de cette définition, une grande inertie par rapport aux signaux de surface, une vaste distribution et des volumes considérables rarement reconnus de façon exhaustive. Cette ressource, que l'on conçoit comme un stock, ne se mesure qu'indirectement par les volumes qui entrent, les volumes qui sortent, les rythmes d'échange, tous ces termes entrant dans ce que l'on a coutume d'appeler le bilan d'eau. Entrent dans un système aquifère, des flux qui sont :
Entrent, avec cette eau, des micro organismes et des substances dont l'homme maîtrise encore mal les échanges : nitrates, pesticides, polluants d'origine industrielle, urbaine, ... Sortent de ce système :
Par le terme de gestion on désigne les interventions que l'homme peut entreprendre sur l'un ou l'autre, ou plusieurs termes du bilan, afin de modérer, accentuer ou stabiliser une situation, garantir la ressource et en permettre l'usage, indépendamment des aléas climatiques.
Il est indispensable de bien connaître les échanges d'eau entre milieux de surface et milieux souterrains, notion indissociable de celle de système aquifère. L'interdépendance de ces milieux par le biais d'une eau qui circule tantôt dans l'un, tantôt dans l'autre, acquérant ou perdant au passage telle ou telle propriété chimique, est ce que souligne la loi sur l'eau du 3 janvier 1992 lorsqu'elle affirme très fortement l'unicité de la ressource en eau. Si techniquement on ne peut échapper à la nécessité d'une gestion de l'eau souterraine dans les limites d'une unicité aquifère, en revanche l'isoler des autres ressources semblerait aller à l'encontre de la prise en compte de la gestion globale des ressources en eau.
La loi sur l'eau a fait prendre conscience de la nécessité de gérer la ressource en eau de façon à concilier le développement socio-économique et la préservation des milieux aquatiques et à équilibrer les différents usages pour garantir un développement durable. Cette approche doit être globale pour prendre en compte l'ensemble des milieux aquatiques, soutenue par une organisation institutionnelle et pérenne afin d'instituer une véritable gestion collective des milieux et des usages qui prenne en compte les édifications de l'homme et ses comportements. Chaque grand bassin a fait l'objet d'un examen approfondi portant sur les situations contemporaines, les tendances et les objectifs à la fois de développement, de conservation ou de réhabilitation. Pour la mise en oeuvre concrète de cette nouvelle gestion, des SDAGE ont été publiés. Ils établissent, à leur échelle, une planification cohérente et géographiquement référencée de la ressource en eau et des milieux naturels. Ils ont un caractère juridique et auront des conséquences directes sur les décisions publiques que l'Etat et les collectivités locales prendront dans le domaine de l'eau. Les SDAGE ont permis d'identifier les aquifères dont l'intérêt stratégique et les potentialités rendent la gestion prioritaire. Cette structure, en terme de priorité, conduit à hiérarchiser par ordre d'importance les actions, études et décisions qui sont et seront prises par les autorités de bassin.
Cette connaissance recouvre plusieurs aspects :
Cette connaissance, encore très inégale, est fonction des taux et de l'ancienneté d'utilisation du système (une mise à niveau est un préalable indispensable au développement). Elle provient des réseaux d'observation, qui constituent l'infrastructure de base nécessaire à toute gestion, et du suivi des exploitations. Les réseaux font actuellement l'objet d'un important travail d'optimisation et de redéploiement. Certains milieux doivent prioritairement faire l'objet de mises à niveau des informations :
Il porte sur trois aspects :
Pour éviter les contaminations des nappes, notamment des nappes profondes, par des forages défectueux, mal isolés ou mal conçus, une charte des foreurs va prochainement être mise en application. Les sources destinées à l'alimentation en eau potable seront mieux répertoriées et suivies afin d'assurer la pérennité de la production sur les plans quantitatif et qualitatif. Les sources destinées à l'alimentation en eau potable seront mieux répertoriées et suivies afin d'assurer la pérennité de la production sur les plans quantitatif et qualitatif.
L'articulation des objectifs de quantité et de qualité des eaux des nappes alluviales est mise en relation avec la politique d'extraction des granulats en particulier les schémas de carrière. Les zones d'emprunt peuvent avoir trois types d'interaction avec les eaux souterraines :
Les données de base collectées sur les réseaux ou à la faveur des exploitations doivent être interprétées et traitées pour devenir des informations. Les traitements numériques des données variables dans le temps conduisent à l'estimation des termes saisonniers du bilan d'eau et sont valorisés à la faveur de bulletins de situation. La structuration de ces données dans des Systèmes d'Information Géographique (SIG) permet de les combiner avec des données d'autres natures (données sur l'environnement, d'occupation des sols, économiques...) et de produire automatiquement des cartes thématiques. Ces cartes, en montrant dans l'espace la répartition des différents paramètres à prendre en considération, constituent des arguments très utiles à la prise de décision par les responsables de la gestion de l'eau. Les données à caractère géographique peuvent ainsi être traitées à l'aide de modèles de simulation. Ces modèles permettent de comprendre et de vérifier le comportement d'une nappe. Utilisés en extrapolation, ils permettent de prévoir la réponse progressive d'une nappe à une séquence pluviomét rique récente et aux prélèvements qui y sont effectués. Ils permettent également de prévoir le débit d'étiage des cours d'eau qui drainent ces nappes. |
