L’alimentation et l’écoulement des nappes

Les nappes se rechargent

Ce sont principalement les précipitations qui alimentent les nappes d’eau souterraine   à partir de zones de recharge (sommet de la nappe si celle-ci est proche de la surface).

La pluie non interceptée par les végétaux atteint le sol. Suivant les conditions données, elle peut s’évaporer directement du sol, s’écouler en surface jusqu’aux cours d’eau (ruissellement de surface) ou encore s’infiltrer dans le sol.
En milieu urbain dense, il est possible de noter que la recharge de la nappe par l’infiltration directe de la pluie est moindre qu’en milieu naturel du fait de l’imperméabilisation des sols.

Pour l’eau de pluie qui s’infiltre dans le sol, il peut y avoir :

  • emmagasinement   temporaire de l’eau infiltrée sous forme d’humidité dans le sol, que peuvent utiliser les plantes
  • percolation vers les zones plus profondes pour contribuer au renouvellement des réserves de la nappe souterraine

L’écoulement vertical de l’eau vers la nappe est fonction de la perméabilité   du sol et de la nature et épaisseur de la zone non saturée.

La vitesse d’infiltration peut être de l’ordre du mètre par an (Craie   de Champagne), d’un mètre par mois (Calcaires de Beauce), d’un mètre par jour (Alluvions  ) et de plusieurs dizaines de mètres par jour pour les systèmes très fissurés de type karstique (craie karstifiée en Haute-Normandie).

Les nappes captives sont généralement alimentées par les eaux d’infiltration mais uniquement sur les zones d’affleurement   à nappe libre   de leur aquifère  . Elle peuvent de même être alimentées par drainance des aquifères supérieurs.

Quelle est la meilleure période pour que les nappes se rechargent ?

C’est généralement durant la période hivernale (en France) que cette recharge survient, car les précipitations   sont les plus importantes, l’évaporation est faible et la végétation est peu active et ne prélève pratiquement pas d’eau dans le sol.

Alimentation des nappes d'eau souterraines par les précipitations. (BRGM) -  voir en grand cette image"
Alimentation des nappes d’eau souterraines par les précipitations. (BRGM)

Dans les aquifères fissurés, les épisodes pluvieux des mois de printemps et d’été peuvent recharger momentanément les réservoirs aquifères.

Les nappes s’écoulent et se vidangent

Entre la zone d’alimentation de la nappe (zone d’infiltration) et son émergence, l’eau souterraine   se déplace dans l’aquifère   par gravité des zones les plus hautes vers les points les plus bas.

Le volume d’eau mouvante a une surface en pente. Cette surface piézométrique est une véritable topographie de la nappe qui permet de déterminer son sens d’écoulement.

Les variations du niveau de la nappe entretiennent une pente faible mais suffisante pour que l’eau s’écoule vers les points bas topographiques et rejoigne la surface au niveau des sources ou des cours d’eau. Ces lieux de vidange des nappes s’appellent les exutoires.

Lorsqu’elle la nappe est libre, le toit de la nappe suit le relief. Les niveaux hauts se trouvent sous les reliefs et les plateaux et les niveaux bas au niveau des points bas et des vallées.

Les vitesses d’écoulement des nappes sont généralement faibles. Elles sont liées à la perméabilité des aquifères et au gradient.

Ainsi, le transfert d’un même volume d’eau sur une même distance (de l’ordre du kilomètre) peut nécessiter quelques années en milieu alluvial et en milieu poreux, quelques mois en milieu fissuré et quelques jours voire quelques heures en milieu karstique.

Exemple de variabilité des temps d’écoulement des eaux souterraines selon les caractéristiques physiques de l’aquifère   pour un gradient identique (exemple 1%) (adapté de C. Drogue, 1971).

Variabilité des temps d'écoulement des eaux souterraines (BRGM) -  voir en grand cette image"
Variabilité des temps d’écoulement des eaux souterraines (BRGM)

La recharge hivernale en bref  :

  • Précipitations plus importantes
  • Température plus faible : faible évaporation
  • Végétation peu active : peu d’évapotranspiration
  • Importance des pluies hivernales variable : 4 à 5 mois par an, de décembre à avril ± 1 mois

L’alimentation des eaux souterraines représente en France 20 à 23% seulement des précipitations annuelles moyennes.

Pour en savoir plus : Rubrique sur le climat du bassin Seine-Normandie

Comment estimer la recharge d’un aquifère ou de la pluie efficace ? Outil ESPERE du BRGM

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