Nappe phréatique

Lanappe phréatiqueest la partie du sol saturée en eau, c'est-à-dire celle où les interstices entre les grains solides sont entièrement remplis d'eau, ce qui permet à celle-ci de s'écouler. Au-dessus, on peut trouver des terrains non saturés, dans lesquels les interstices contiennent aussi de l'air. Cette couche est appelée la « zone non saturée », ou encore «zone vadose». Il peut suffire d'un petit apport supplémentaire d'eau en provenance de la surface pour faire basculer la couche non saturée à l'état saturé.
Contrairement à ce que le terme "nappe" ou à ce que certaines représentations peuvent parfois faire croire, la nappe phréatique ne ressemble pas à une poche d'eau ou à un lac souterrain. Il s'agit de l'eau contenue dans les interstices du sous-sol et dans les fractures de la roche.
La nappe phréatique alimente traditionnellement lespuitset les sources eneau potable, et est exposée à lapollutionen provenance de la surface.
Il existe également des nappes semi-captives ou à drainance. Le toit ou le substratum de l'aquifère (parfois les deux) sont fréquemment constitués par des formations semi-perméables. Lorsque les conditions hydrodynamiques sont favorables, il peut y avoir échange d'eau avec l'aquifère superposé ou sous-jacent ; c'est le phénomène dedrainage.
Les aquifères des nappes réactives sont généralement constitués de sables, graviers, calcaireskarstiquesougranitesaltérés tandis que ceux des nappes inertielles sont constitués de craie, de calcaire non karstique ou degrès.
Dans certains contextes hydrogéologiques, des nappes communiquent directement avec les cours d'eau dans un système de relations parfois complexes : renfort des cours d'eau en période de sécheresse, accompagnement des phénomènes de crues ou échanges et dissémination des polluants issus des activités humaines.
Unforagepermet de repérer le niveau supérieur de la nappe : c'est leniveau piézométrique, niveau au-dessus duquel les interstices de la roche ne sont pas saturés en eau. Les variations de ce niveau renseignent sur le degré de remplissage de la roche-réservoir.
Lepompage d'eaudans une nappe à une vitesse qui dépasse la vitesse de recharge de la nappe entraîne la baisse du niveau de nappe phréatique, appeléerabattement de nappe.
Un phénomène courant et source d'importants désordres sous les grandes villes et dans les régions industrielles (Bassin minierdu nord de la France par exemple) est que des nappes pompées durant plusieurs décennies ou siècles par l'industrie ou pour des besoins en eau potable, ont cessé de l'être, en raison du recul des besoins industriels ou de lapollution de l'eau, n'autorisant plus son usage en eau potable. Il s'ensuit une remontée de nappe, source d'inondation et de désordres dans les sous-sols construits à l'époque où le plafond de la nappe avait été artificiellement rabattu.
Il peut suffire d'un petit apport supplémentaire d'eau en provenance de la surface pour faire basculer la couche non saturée à l'état saturé. Si l'épaisseur de cette tranche de terrain est importante, et si la topographie s'y prête, ce mécanisme peut déclencher uneinondationpar remontée de la nappe phréatique. C'est ce phénomène qui a, par exemple, aggravé lescrues de la Somme en 2001où les inondations ont couvert plus de6 000hectares.
La zone saturée des nappes distingue deux types d'eau :
L'eau liée correspond à :
Au-delà, les forces d'attraction sont encore plus modestes, et on parle d'eau libre.
Contrairement à la zone saturée qui contient deux phases (liquide pour l'eau, solide pour les grains), il y a ici existence d'une troisième phase : l'air. La saturation est alors la part des pores occupée par un type de fluide
La zone non saturée distingue quatre états en fonction de la saturation du sol en eau :
Il est effectué via desmodélisationset des réseaux de mesures automatiques (piézomètres).
En France, en 2017, leBRGMpublie 11 fois par an des bulletins de situation hydrologique des nappes à partir de 1 700 points suivis en France depuis au moins 40 ans dans la plupart des cas, et il prépare (avec Météo France) un outil «MétéEAU des nappes» de prévision et modélisation des niveaux de nappes souterraines. Ceci nécessite un dispositif detélétransmissionrapide de l'information et de validation rapide de la donnée. Enmars 2017, 300 points de surveillance sont déjà disponibles à une fréquence journalière et à la fin de 2018 tout le réseau devrait être équipé pour la télétransmission.
La biophysicogéochimie des nappes réagit aux modifications de leur environnement, et aux modifications climatiques et anthropiques notamment, avec trois principales menaces pour les nappes actuelles :
Les nappes peuvent être polluées par l'enfouissement de déchets, la pollution (accidentelle ou non) de puits, de gouffres (utilisés comme décharge), d'étangs (parfois situés dans le plafond de la nappe) ou de failles naturelles, ou encore des forages qui peuvent permettre le transit de pollutions superficielles vers les nappes souterraines (les forages perforent la couche superficielle imperméable et rendent, à moyen ou long terme, finalement cette surface perméable aux éventuels polluants qui peuvent ensuite se retrouver dans les eaux pompées et consommées).
La plus grande partie des pollutions de nappe a pour origine les activités agricoles qui utilisent de nombreux produits (engrais,lisiers,purinsépandus commefertilisants,pesticides) sources de pollutions et en concentrations importantes. Mais localement, des pollutions industrielles graves existent. Dans certaines régions du monde en état de stress hydrique à cause du réchauffement climatique ou le plus souvent d'une imperméabilisation excessive des sols et d'une surexploitation chronique des nappes, on cherche à recharger les nappes par des eaux de récupération, qui peuvent aussi être une source de dégradation de la qualité des nappes.
Certaines pollutions sont ditesnaturelles, provenant du passage des eaux dans des zones minéralisées (particulièrement en domaine cristallin). Certaines concentrations anormales en éléments très nocifs comme l'arsenic, lemercure, lecadmiumou leplombpeuvent être détectées dans la nappe et mettre en danger les populations locales et les écosystèmes quand la nappe alimente des sources ou est en contact direct avec des eaux superficielles, courantes ou stagnantes.
Diverses méthodes de dépollution de nappe ont été testées, mais elles sont toujours longues et parfois coûteuses, et des millions de sites (civils, industriels et militaires) sont encore à traiter. Rien qu'aux États-Unis, on estimait en 2013, qu'il restait 126 000 sites à traiter pour leurs eaux souterraines contaminées (et que leur fermeture devrait coûter au moins 110 à 127 milliards de dollars), 10 % de ces sites étant en outre considérés comme « complexes » (c'est-à-dire qu'ils ne pourraient pas être correctement traités avant 50 à 100 ans, faute de technologies adéquates disponibles. Sur certains sites traités, on n'a pas réussi à atteindre les taux de polluants correspondant aux objectifs de dépollution, malgré les efforts faits. Faute d'argent et parce qu'il s'agit parfois desites orphelins(où leprincipe pollueur-payeurest impossible ou difficile à appliquer), certains de ces sites pourraient basculer vers unegestion fataliste à long terme, basée sur une surveillance et la limitation de l'accès à ces eaux.
La valeur attribuée à une nappe ou auxservices écosystémiques(nécessaires à sa bonne conservation) change beaucoup selon la rareté de l'eau dans la région considérée et plus généralement selon les lieux et les époques, selon ses usages (eau potable, eau industrielle, irrigation, etc.) et selon que la personne interrogée est usager de cette nappe ou non.
EnFrance, la plus vaste nappe est celle deBeaucedont la surface est de près de 9 000kmsur six départements. Ses réserves sont estimées à près de 20 milliards de mètres cubes.
La plus grosse est lanappe phréatique rhénaneenAlsacequi s'étend sur un petit territoire, mais dont les réserves sont estimées à 35 milliards de mètres cubes sur la partie alsacienne seulement.
La plus grande nappe aux États-Unis est lanappe d'Ogallala, d'une superficie comparable à celle de la France, qui s'étend du Dakota du Sud au Texas.