Comment l’eau arrive-t-elle dans le sous-sol ? Comprendre le cycle de l’eau et le stockage naturel des nappes souterraines

L’eau souterraine représente près de 30 % de l’eau douce disponible sur Terre. Invisible mais essentielle, elle alimente les puits, les forages, les sources naturelles, les réseaux d’eau potable, l’agriculture et de nombreux usages industriels. Pourtant, peu de personnes connaissent réellement le parcours que suit l’eau avant d’être stockée dans le sous-sol.

Comment une simple goutte de pluie peut-elle devenir l’eau d’un forage plusieurs années plus tard ? Pourquoi certains terrains sont-ils particulièrement favorables à la présence d’eau alors que d’autres restent pratiquement secs ? Quels sont les mécanismes qui gouvernent la circulation des eaux souterraines ?

Cet article vous propose de découvrir les grands principes de l’hydrogéologie, la science qui étudie les eaux souterraines et leur circulation.

Le cycle de l’eau : une ressource en perpétuel renouvellement

Toute l’eau présente dans le sous-sol provient du cycle naturel de l’eau.

Sous l’action du rayonnement solaire, les océans, les mers, les lacs, les rivières ainsi que les sols humides s’évaporent en permanence. Les végétaux participent également à ce phénomène grâce à l’évapotranspiration.

La vapeur d’eau s’élève dans l’atmosphère où elle se refroidit progressivement. Elle forme alors les nuages qui, lorsqu’ils deviennent suffisamment chargés, donnent naissance aux précipitations.

Ces précipitations peuvent prendre plusieurs formes :

• pluie ;

• neige ;

• grêle ;

• brouillard condensé en montagne.

Une fois au sol, l’eau emprunte plusieurs chemins.

Une partie est interceptée par la végétation avant même

d’atteindre le sol. Une autre s’évapore rapidement sous l’effet

du soleil. Une fraction est utilisée par les plantes.

Enfin, une partie ruisselle vers les ruisseaux et les rivières.

Seule une partie des précipitations s’infiltre réellement dans le terrain pour rejoindre les réserves souterraines.

C’est cette eau infiltrée qui alimente progressivement les nappes phréatiques.

L’infiltration : le début du voyage souterrain

L’infiltration constitue l’étape fondamentale du stockage de l’eau. La vitesse d’infiltration dépend essentiellement de la nature du terrain.

Un sol sableux absorbe rapidement l’eau tandis qu’un sol argileux la laisse difficilement pénétrer.

Les terrains les plus favorables à l’infiltration sont :

• les alluvions ;

• les sables ;

• les graviers ;

• les éboulis ;

• certains calcaires ;

• les terrains fortement fracturés.

À l’inverse, les argiles, les marnes et certaines roches très compactes limitent fortement l’infiltration.

Lors de fortes pluies, ces terrains favorisent davantage le ruissellement que la recharge des nappes.

Le rôle de la gravité

Une fois infiltrée, l’eau descend naturellement sous l’effet de la gravité. Son déplacement est extrêmement lent.

Contrairement à l’image d’une rivière souterraine qui coulerait rapidement sous nos pieds, l’eau circule généralement à travers les minuscules pores des roches ou dans les fractures naturelles.

Selon les terrains, sa vitesse peut varier de quelques centimètres à quelques mètres par jour.

Dans certaines formations très compactes, quelques mètres peuvent nécessiter plusieurs années.

La zone non saturée : un immense filtre naturel

Avant d’atteindre une nappe souterraine, l’eau traverse ce que les hydrogéologues appellent la zone non saturée.

Cette zone contient à la fois :

• de l’air ;

• de l’eau.

L’eau y circule lentement.

Au cours de cette descente, elle subit plusieurs phénomènes naturels :

• filtration mécanique ;

• adsorption sur les minéraux ;

• dégradation biologique de certaines matières organiques ;

• dissolution progressive de certains minéraux.

Cette filtration naturelle explique pourquoi une eau souterraine est souvent beaucoup plus claire qu’une eau de surface.

Cependant, cette protection naturelle possède ses limites. Les pollutions importantes peuvent traverser cette zone et atteindre les nappes.

Quand apparaît une nappe phréatique ?

En profondeur, l’eau finit par remplir complètement tous les pores disponibles de la roche. On atteint alors la zone saturée.

La limite entre la zone non saturée et la zone saturée constitue le niveau de la nappe phréatique.

Contrairement aux idées reçues, une nappe phréatique ressemble rarement à un immense lac souterrain.

Elle est généralement constituée :

• d’un sable gorgé d’eau ;

• d’un gravier saturé ;

• d’un calcaire fissuré rempli d’eau ;

• d’un granite fracturé.

Autrement dit, l’eau est contenue dans les espaces

disponibles de la roche.

Les deux propriétés essentielles des terrains

La porosité

La porosité correspond au volume des vides présents dans une roche.

Plus une roche possède de pores, plus elle est capable de stocker de l’eau.

Les alluvions possèdent généralement une excellente porosité.

Les calcaires massifs présentent une faible porosité mais peuvent développer de nombreuses cavités.

Les granites possèdent très peu de pores.

La perméabilité

La perméabilité représente la capacité d’un terrain à laisser circuler l’eau.

Cette notion est différente de la porosité.

Une argile peut contenir énormément d’eau grâce à sa forte porosité.

En revanche, cette eau circule très difficilement.

À l’inverse, un granite fracturé possède peu de volume de stockage mais une excellente circulation dans ses fractures.

Un bon aquifère doit réunir deux qualités :

• pouvoir stocker l’eau ;

• permettre sa circulation.

Les différents aquifères

En hydrogéologie, un aquifère est une formation géologique capable de stocker et de transmettre l’eau.

Les aquifères alluviaux

Ils sont constitués de dépôts de graviers et de sables déposés par les rivières. Ils représentent souvent les nappes les plus productives. Les débits peuvent dépasser plusieurs dizaines de mètres cubes par heure.

Les aquifères calcaires

Les calcaires sont progressivement dissous par une eau naturellement légèrement acide.

Au fil des milliers d’années apparaissent :

• fissures ;

• diaclases ;

• galeries ;

• gouffres.

Ces réseaux constituent les célèbres systèmes karstiques. Ils peuvent produire des débits extrêmement importants mais restent parfois difficiles à interpréter.

Les aquifères fissurés

Les granites, gneiss, schistes et basaltes stockent essentiellement l’eau dans leurs fractures.

La réussite d’un forage dépend alors directement de la présence d’une ou plusieurs fractures bien alimentées.

Une fracture isolée peut être totalement sèche tandis qu’une fracture connectée à un vaste réseau peut fournir plusieurs mètres cubes par heure.

Les couches imperméables : des barrières naturelles

Certaines formations géologiques jouent un rôle majeur.

Les argiles, les marnes ou certaines couches très compactes empêchent l’eau de poursuivre sa descente. L’eau s’accumule alors au-dessus de ces barrières.

C’est ainsi que naissent :

• les nappes perchées ;

• certaines sources ;

• les zones humides.

Les interfaces entre terrains perméables et imperméables sont souvent recherchées lors des études de recherche d’eau.

Pourquoi trouve-t-on davantage d’eau dans certaines zones ?

La présence d’eau dépend d’une combinaison de nombreux facteurs.

Parmi les principaux :

• la géologie ;

• la fracturation des roches ;

• la topographie ;

• les précipitations ;

• la végétation ;

• les vallées ;

• les zones de recharge ;

• la proximité des cours d’eau ;

• l’épaisseur des terrains perméables.

Deux parcelles distantes de quelques dizaines de mètres seulement peuvent ainsi présenter des potentiels très différents.

Le travail de l’hydrogéologue et du spécialiste en recherche d’eau

La recherche d’eau ne consiste pas à choisir un point au hasard. Elle s’appuie sur une analyse globale du terrain. Les principaux éléments étudiés sont :

• les cartes géologiques ;

• le relief ;

• les fractures visibles ;

• les photographies aériennes ;

• les données géologiques existantes ;

• les forages voisins ;

• les sources naturelles ;

• les indices hydrologiques ;

• les caractéristiques du terrain.

Selon les méthodes employées, cette analyse peut être complétée par des observations de terrain et d’autres techniques d’investigation afin d’affiner le choix de l’implantation du futur forage.

L’objectif est d’identifier le secteur présentant les meilleures probabilités de rencontrer un aquifère suffisamment productif.

Conclusion

L’eau souterraine est le fruit d’un long voyage commencé parfois plusieurs années, voire plusieurs décennies auparavant. Après être tombée sous forme de pluie ou de neige, elle s’infiltre progressivement dans le sol, traverse les différentes couches géologiques et rejoint les aquifères où elle est stockée avant de circuler lentement vers les sources, les rivières ou les ouvrages de captage.

Comprendre le fonctionnement du cycle de l’eau, la perméabilité des terrains, la porosité des roches et les principes de l’hydrogéologie permet de mieux appréhender les enjeux liés à la recherche d’eau souterraine et à la réussite d’un projet de forage.

Parce que chaque terrain est unique, une analyse technique sérieuse associée au ressenti du sourcier constitue la meilleure approche pour optimiser le choix d’un emplacement et valoriser durablement cette ressource naturelle indispensable.

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