Nappes phréatiques

Nappe phréatique

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La nappe phréatique est l'aquifère souterrain que l'on rencontre à faible profondeur et qui alimente traditionnellement les puits et les sources en eau potable. C'est la nappe la plus exposée à la pollution en provenance de la surface.

Par nappe, on entend la partie saturée du sol, 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. Si l'épaisseur de cette tranche de terrain est importante, et si la topographie des lieux s'y prête, ce mécanisme peut déclencher une inondation par remontée de la nappe phréatique. Ce phénomène a aggravé les crues de la Somme en 2001.

La nappe est dite libre lorsque son niveau peut varier sans être bloqué par une couche imperméable. Si on crée un puits dans une telle nappe, le niveau de l'eau reste inchangé. Dans le cas contraire, on parle de nappe captive. Elle est « sous pression » et lorsque que l'on y ouvre un puits, l'eau s'élève jusqu'à un niveau d'équilibre supérieur. Il arrive même que la nappe jaillisse du sol ; c'est le phénomène d'artésianisme.

Il existe également les nappes semi-captives ou à drainance. Le toit ou le substratum (parfois les deux) de l'aquifère 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 de drainance.

En France, la plus grande nappe est celle de Beauce dont la surface est de près de 9000 km² sur six départements. Ses réserves sont estimées à près de 20 milliards de mètres cubes. La plus grosse est la nappe de la Plaine du Rhin en Alsace qui s'étend sur un petit territoire mais où ses réserves sont estimées a 35 milliards de mètres cubes seulement sur la partie alsacienne.(source APRONA)

Un forage permet de repérer le niveau supérieur de la nappe: c'est le niveau piézométrique. C'est le 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

Relation solide/eau dans les milieux poreux

dans le Sahara

Dans le Sahara, les nappes phréatiques, remontées par des agriculteurs, forment des champs circulaires.

dans la zone saturée

La zone saturée des nappes distingue deux types d'eau :

• l'eau liée, liée au solide par des forces électrostatiques et moléculaires, les deux processus étant limités dans l'espace.
• l'eau libre, susceptible de se déplacer sous l'effet de la gravité et des gradients de pression.

L'eau liée correspond à :

• la couche la plus proche des grains, dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dizaines de molécules (0,1 micromètre) correspond à une orientation des molécules d'eau à structure dipolaire H-OH, perpendiculairement à la surface des grains. Dans cette zone la viscosité de l'eau peut être doublée ou triplée, sa densité est de l'ordre de 1,5 et sa force par unité de surface est de l'ordre de 10 000 bars.
• la zone de transition entre 0,1 et 0,5 micromètre contient des molécules d'eau qui supportent une attraction non négligeable et sont immobiles.

Au-delà, les forces d'attraction sont encore plus modestes, et on parle d'eau libre.

dans la zone non saturée

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 :

• l'eau funiculaire ou gravifique : dans un sol presque saturé en eau, avec quelques bulles d'air, l'eau peut s'écouler sous l'influence de la gravité.

• sol à saturation d'équilibre autrement appelé sol à capacité de rétention capillaire : la phase d'eau est encore continue mais ne circule pas sous la seule influence de la gravité. Cela correspond à l'eau liée et à l'eau retenue par capillarité.

• l'eau pendulaire : dans un sol faiblement saturé en eau, l'eau entoure les grains et occupe des anneaux discontinus aux points de contact de ceux-ci. La phase d'eau est toujours continue, les pressions se transmettent, mais les mouvements de l'eau sont très lents du fait de la minceur de la pellicule mouillée.

• saturation irréductible : si on prélève encore de l'eau (évapotranspiration), on n'obtient plus que l'eau liée.

Voir aussi

• Aquifère
• Cycle de l'eau
• Nappe alluviale
• Nappe captive
• Nappe d'eau souterraine
• Hydrogéologie

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