Comment se forment les eaux souterraines

Les nappes d’eaux souterraines sont en très grande majorité alimentées par les précipitations. L'eau s'évapore au-dessus de l'océan et forme des nuages. L'eau rejoint alors le sol sous forme de pluie, mais, aussi, parfois, de grêle ou de neige. Une partie de cette eau ruisselle sur le sol. Une fois à la surface du sol, l'eau provenant des précipitations ou l'eau de fonte peut soit ruisseler à la surface du sol et gagner des étendues d'eau (lacs et cours d'eau), soit s'infiltrer dans le sol et être absorbée par les végétaux ou servir à alimenter les réserves d'eaux souterraines.

L'eau va traverser la terre végétale. En quelques heures, elle va continuer sa descente en suivant les espaces entre les grains de la roche. Il y a de l'air et de l'eau dans ces vides. Près de la surface du sol, les pores sont habituellement remplis d'un mélange d'air et d'eau; l'espace poral est alors dit « non saturé ». Plus profondément dans le sol, les pores sont remplis d'eau; ils sont constamment « saturés ». La partie inférieure qui abrite la nappe est appelée la zone saturée car tous les pores de la roche sont gorgés d’eau. Lorsque l'eau rencontre une couche imperméable, elle ne peut plus descendre. Elle va s'accumuler et former une nappe où les espaces vides entre les grains sont entièrement remplis d'eau. C'est la zone saturée.

Les terrains aquifères souterrains contiennent environ 30% des réserves d'eau douce de la planète (la première réserve étant les glaciers, principalement ceux de l’antarctique, qui en contiennent 69%). A titre de comparaison l'ensemble de l'eau contenue dans l'atmosphère et dans la totalité des cours d'eau et des lacs ne représente que 0,4% de l'eau douce de la planète. L'intérêt principal de cette réserve est de pouvoir être exploitée même en l'absence durable de précipitation. Le revers de la médaille est que si cette réserve est polluée, la longueur du temps de renouvellement peut interdire son utilisation pendant une très longue durée.

La porosité s'entend du volume de l'espace poral total du sol contenu dans un volume donné de matériau (roches ou sédiments). Elle s'exprime en pourcentage. Plus grande est la porosité d'une formation, plus grand est le volume d'eau que cette formation est à même de retenir. La porosité varie selon la formation. Les formations renferment des pores (de petits espaces vides). Dans bien des régions, le substrat rocheux est recouvert de dépôts de sédiments, dont l'argile, le limon, le sable et le gravier. Près de la surface du sol, on trouve différents types de roches, dont le granit, le schiste argileux, le grès et le calcaire.

La vitesse à laquelle l'eau se déplace à l'intérieur d'une formation dépend de la porosité de cette formation et, surtout, de la façon dont les pores communiquent entre eux. Ainsi, l'eau se déplace rapidement dans des formations constituées de matériaux dont les pores sont gros, nombreux et interreliés, comme le gravier ou les roches très fracturées. Par contre, l'eau se déplace lentement dans l'argile et d'autres formations constituées de matériaux possédant des pores petits qui ne communiquent pas entre eux.

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Les formations qui laissent l'eau s'écouler facilement et rapidement, comme celles qui sont constituées de dépôts de sable et de gravier ou de grès sont « hautement perméables ». L'eau souterraine peut progresser de quelques centimètres à quelques mètres par jour dans les aquifères de sable ou de gravier, et de dizaines de mètres par jour et même davantage dans des aquifères constitués de roches très fracturées. En général, toutefois, l'eau emprunte la trajectoire qui lui offre le moins de résistance et circule à travers les formations les plus perméables.

Un aquifère est une formation perméable saturée (imprégnée d'eau) qui peut fournir des quantités utiles d'eau par pompage. Les aquifères les plus productifs, constitués de sable et de gravier, sont habituellement vastes et profonds et sont alimentés par les eaux de pluie qui s'infiltrent dans le sol. Les aquifères non confinés sont souvent ceux qu'on retrouve le plus près de la surface du sol et qui sont le plus facilement accessibles. Les aquifères confinés et partiellement confinés sont souvent situés plus profondément dans le sol.

Dans le cas des aquifères non confinés, la nappe phréatique coïncide avec le dessus de l'aquifère. On parle d'aquifère confiné quand la formation perméable est surmontée d'un aquitard, ou quand elle est confinée entre deux aquitards (tel qu'il est illustré). L'eau s'infiltre dans le sol et alimente les aquifères plus facilement dans les zones où l'on trouve des dépôts perméables à la surface du sol. L'eau qui descend à travers une couche poreuse s'accumule sur la couche imperméable et forme une nappe qui s'écoule horizontalement. Lorsque l'eau passe sous une formation argileuse imperméable, la nappe devient captive. Elle va s'écouler beaucoup plus lentement, mais, surtout, son niveau ne peut plus monter. Il est bloqué vers le haut par la couche imperméable. Dans cette nappe captive, l'eau va donc se trouver sous pression. Si on fait un forage à travers la couche imperméable, l'eau va monter dans le tube. S'il y a assez de pression, elle va même jaillir spontanément à la surface.

Il y a souvent une superposition de plusieurs couches poreuses et imperméables. Les nappes se rechargent en hiver grâce aux précipitations. Tant qu'il pleut, la nappe se remplit plus vite qu'elle ne se vide et son niveau monte. Quand il ne pleut plus, le niveau baisse. La nappe phréatique monte ou descend, au rythme des variations saisonnières des précipitations, de l'évapotranspiration et du pompage de l'eau des puits. Le pompage de l'eau d'un puits a pour effet de modifier le volume des eaux souterraines et la direction d'écoulement de l'eau sous la surface du sol.

Les zones de recharge permettent à une quantité considérable d'eau de s'infiltrer dans le sol. Parfois, ces zones sont concentrées et ne couvrent qu'une petite partie seulement de la superficie totale du territoire. Là où se trouvent de vastes dépôts de sable et de gravier, 20 % de la superficie du territoire assurent l'infiltration de 80 % des eaux souterraines. L'eau se déplace dans les aquifères, elle ne reste jamais immobile. En général, l'eau souterraine se déplace depuis des zones de recharge vers des zones d'évacuation, ces dernières étant les sources, cours d'eau, lacs, terres humides, etc. L'eau, qui descend à travers une couche poreuse, s'accumule sur la couche imperméable et forme une nappe qui s'écoule horizontalement.

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En cas d’absence de cours d’eau à proximité, les carrières inondées et les zones humides se rechargent par drainage de la nappe d’eau souterraine. Sauf s’il coule dans un sol totalement étanche, un cours d’eau est en relation permanente avec la nappe alluviale qui imprègne les terrains sédimentaires situés au fond de sa vallée. Dans cette configuration, les eaux souterraines se mélangent aux eaux de surface par l’intermédiaire du sable qu’elles charrient. Ainsi, de véritables réservoirs d’eau douce peuvent rejoindre les eaux salées de la côte.

Le périple sans fin de l'eau suit un cours appelé « cycle hydrologique » ou « cycle de l'eau ». L'eau se déplace constamment d'un point à un autre. Elle change même de forme en cours de route, passant de la phase gazeuse (vapeur) à la phase liquide, de la phase liquide à la phase solide, et de la phase liquide à la phase gazeuse. Elle peut aussi s'évaporer de la surface du sol ou des étendues d'eau, ou être libérée par la transpiration des végétaux et être relâchée dans l'atmosphère, le cumul de l'évaporation et de la transpiration étant appelé « évapotranspiration ».

L'âge de l'eau représente le temps que l'eau a mis pour se déplacer de la surface du sol à un point précis du sous-sol. Dans le cas des puits peu profonds situés dans des aquifères non confinés constitués de matériaux perméables, l'âge de l'eau peut s'exprimer en termes de semaines ou de mois seulement. Le temps pendant lequel l'eau peut ainsi rester stockée dans le sol est très variable (de quelques semaines à plusieurs dizaines, voire centaines, d'années). Dans tous les cas l'intérêt principal de cette réserve est de pouvoir être exploitée même en l'absence durable de précipitation.

Restez informé ! Nous respectons votre vie privée. Les réserves d'eau souterraines ont pour origine principale l'eau des précipitations, qui, lorsqu'elles sont suffisamment importantes (pluies efficaces des hydrogéologues), parviennent à remplir des pores suffisamment gros pour que la force de gravité permette à l'eau de s'écouler verticalement vers le bas jusqu'à atteindre une couche imperméable ou une zone de sol saturée qui peut être située à une profondeur de la surface extrêmement variable. Le parcours exact de l'eau peut être complexe. Une partie de l'eau de recharge peut aussi descendre dans le sol, traverser des aquifères non confinés et aller alimenter des aquifères confinés plus profonds.

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