Aquifère de l’Oligocène

Les caractéristiques de l’aquifère   de l’Oligocène varient géographiquement au niveau des grandes régions du centre du Bassin Parisien. Les principales nappes contenues dans les formations de l’Oligocène se retrouvent en Ile-de-France et au nord de la région Centre Val-de-Loire :

  • au niveau du plateau de Beauce, où elle est plus communément appelée « nappe de Beauce »
  • dans le secteur des Yvelines, où elle concerne essentiellement les Sables de Fontainebleau
  • sur le plateau de Brie et la Bière où elle est contenue dans le Calcaire   de Brie principalement

La nappe de l’Oligocène est présentée de façon synthétique sur le site Internet de la DRIEE-IF

Sommaire de l’article :

  1. Où se situe l’aquifère de l’Oligocène ?
  2. La nappe de Beauce
    1. Un réservoir multicouches complexe
    2. Des écoulements qui s’effectuent vers la Seine
    3. Une gestion volumétrique de la ressource en eau souterraine
    4. La nappe sous-jacente des calcaires éocènes
  3. Dans le département des Yvelines : secteur de l’Hurepoix
    1. Un réservoir essentiellement constitué des Sables de Fontainebleau
    2. Des écoulements divergents épousant la topographie
  4. Sur le plateau de Brie et en Bière
    1. Une nappe superficielle dans le Calcaire de Brie
    2. Une nappe peu profonde qui suit le relief
    3. Des problématiques de remontée de la nappe
    4. Quelques éléments sur l’hydrochimie de la nappe
  5. Les buttes en rives droite de la Seine et au sud-est de la région, entre le Loing et l’Yonne

Où se situe l’aquifère   de l’Oligocène ?

Dans la région parisienne, l’aquifère   de l’Oligocène est composé (du plus récent au plus ancien, du haut vers le bas) des calcaires de Beauce (Calcaire   de Pithiviers et Calcaire   d’Etampes), des Sables de Fontainebleau et du Calcaire   de Brie.

Ces différentes couches ne se rencontrent au complet que dans la partie sud de la région Ile-de-France et au nord de la région Centre Val de Loire où elles forment l’ossature du plateau beauceron. Dans le secteur, elles contiennent une nappe importante, plus communément appelée « nappe de Beauce ». Elle est exploitée principalement pour l’alimentation en eau potable   et pour l’irrigation.

Dans les Yvelines, la nappe atteint une certainement importance, elle est essentiellement contenue dans les Sables de Fontainebleau. Localement, le Calcaire   d’Etampes est dénoyé et le Calcaire   de Brie, peu développé, présente un faciès marneux.

Sur le plateau de Brie, la série multicouches de l’Oligocène est presque complètement érodée. L’aquifère   est alors constitué du calcaire   de Brie, formant l’entablement du plateau, ponctuellement surmonté de buttes de sable   de Fontainebleau de faible importance. La nappe qu’il contient est donc étendue mais très superficielle, péliculaire et vulnérable aux pollutions de surface.

Dans le nord de la région parisienne, la nappe est confinée aux buttes témoins respectées par l’érosion quaternaire ; quelques sources seulement ont un débit   suffisant pour être captées.

Localisation du réservoir Oligocène (Mégnien, 1970) -  voir en grand cette image"
Localisation du réservoir Oligocène (Mégnien, 1970)

La nappe de Beauce

Le système aquifère   multicouches de Beauce, communément appelé « nappe de Beauce », constitue l’un des plus grands réservoirs d’eau souterraine en France. Il est drainé à sa périphérie par des cours d’eau qui se trouvent en position de points bas (Seine, Loing, la Loire, le Loir) et par des vallées peu profondes qui entaillent le massif calcaire   (Essonne, Juine).

Un réservoir multicouches complexe

Au niveau du plateau de Beauce, l’aquifère   multicouches de l’Oligocène est constitué :

Ces formations, en équilibre hydrostatique, contiennent une nappe importante puisqu’elle peut dépasser 70 mètres de puissance.

Cette série complexe, plus ou moins bien individualisée suivant les secteurs, est représentée dans la figure suivante : coupe orientée SW-NE permettant de suivre l’amincissement et la disparition vers le sud des Marnes vertes (et des Sables de Fontainebleau dans le bassin Loire-Bretagne).

 Coupe schématique tabulaire du plateau de Beauce, entre Orléans et Melun (C. Megnien, 1970) -  voir en grand cette image"
Coupe schématique tabulaire du plateau de Beauce, entre Orléans et Melun (C. Megnien, 1970)

L’étude géologique montre la complexité et l’hétérogénéité du réservoir aquifère   multicouches induisant des variations verticales de perméabilité   en fonction des formations géologiques rencontrées.

Dans le bassin Seine-Normandie, ces formations se trouvent tour à tour dénoyées du sud vers le nord :

  • au nord d’une ligne passant par Méréville et Congerville, seuls les Sables de Fontainebleau et le Calcaire   de Brie sont aquifères
  • au nord d’une ligne La Ferté-Alais, Etréchy, la nappe n’intéresse plus que le Calcaire   de Brie

La nappe de Beauce est majoritairement libre à l’exception de certains secteurs, comme la forêt d’Orléans où elle est captive sous une couche d’argile  .

L’alimentation générale du réservoir Beauce est essentiellement assurée par les précipitations   atmosphériques. La zone d’alimentation   correspond à la surface d’affleurement   des réservoirs aquifères.

Le drainage de la nappe de Beauce se fait essentiellement par les vallées périphériques et les cours d’eau drainants comme l’Essonne ou la Juine. Il existe aussi des exutoires par déversement dans le Calcaire   de Champigny au nord, où la formation des Marnes vertes est érodée ou très peu épaisse.

Des écoulements qui s’effectuent vers la Seine

L’écoulement de la nappe de l’Oligocène se fait vers le nord-est en direction de la Seine.

Chronique piézométrique de la nappe des Sables de Fontainebleau au piézomètre 02923X0007/F à Congerville-Thionville (ADES, mai 2015) -  voir en grand cette image"
Chronique piézométrique de la nappe des Sables de Fontainebleau au piézomètre 02923X0007/F à Congerville-Thionville (ADES, mai 2015)

La nappe de Beauce est caractérisée par de longs cycles pluri-annuels et par une forte inertie.

Les écoulements s’effectuent de manière complètement indépendante et même contraire à celle du pendage des formations géologiques en place. La nappe contenue dans l’aquifère   multicouches de l’Oligocène recoupe donc en profondeur les limites des différents faciès pétrographiques entre les sables et les calcaires.

La surface piézométrique   est influencée par des axes de drainage :

  • Axes de drainage superficiels au niveau des cours d’eau permanent, à proximité du niveau de base
  • Axes de drainage souterrains permettant de déceler la présence de réseaux karstiques

La nappe de Beauce présente des variations saisonnières de niveau assez complexes et dépendent du lieu où sont effectuées les observations :

  • En bordure des vallées drainantes, la variation est saisonnière et de faible amplitude. Les gradients hydrauliques sont plus élevés
  • Sous les plateaux, il est difficile de distinguer des variations saisonnières. Elles sont généralement de grande amplitude et sur des périodes pluri-annuelles. La faible valeur des gradients hydrauliques, généralement comprise entre 1 et 2‰, implique que les crêtes piézométriques peuvent se déplacer latéralement de façon importante pour des variations piézométriques de faible amplitude

Ces variations piézométriques sont en déphasage par rapport aux précipitations   efficaces.

Au-delà de la limite de dénoyage du Calcaire   d’Etampes, l’eau de la nappe de Beauce circule dans le réservoir sous-jacent des Sables de Fontainebleau. Il est à noter que ce passage souterrain se traduit par une augmentation locale du gradient hydraulique (valeur moyenne passant de 1‰ à 4‰). L’écoulement aisé dans la formation très fissurée de Calcaire   d’Etampes crée un gradient hydraulique faible qui tend à augmenter au passage de l’eau souterraine dans les formations moins perméables des Sables de Fontainebleau.

Lien vers les cartes piézométriques de la nappe de Beauce :

  • Carte piézométrique   des calcaires de Pithiviers de 2002 (Source   : Verley F., Brunson F., Verjus P., Cholez M. (2003) – Nappe de Beauce – Piézométrie   hautes eaux 2002. Direction de l’eau et de l’environnement Centre et Ile-de-France, 53 p
  • Carte des basses eaux de la nappe de Beauce (1/100000) année 1994 (Source   : Piézométrie   du système aquifère   de Beauce. Basses eaux 1994. Rapport BRGM R 38572 - BRGM, 1995)

Une gestion volumétrique de la ressource en eau souterraine

Un dispositif de gestion volumétrique des prélèvements d’irrigation a été mis en place dès 1999. Ce dispositif est précisé sur le site Internet de la DREAL Centre Val de Loire.

La nappe de Beauce, ainsi que les bassins des cours d’eau tributaires de la nappe, a été classée en zone de répartition des eaux (ZRE).

Par ailleurs, un SAGE dédié à la nappe de Beauce a été engagé depuis plusieurs années : le SAGE Beauce.

La nappe sous-jacente des calcaires éocènes

L’aquifère de l’Éocène supérieur très hétérogène, situé sous les sables de Fontainebleau, est constitué du Calcaire   de Champigny et du Calcaire   de Saint-Ouen. La nappe captive   est mise en charge par le niveau imperméable des Marnes vertes. Dans la basse vallée de l’Essonne, la nappe devient libre du fait de l’érosion des Marnes vertes.

Au sud de la limite d’extension des Marnes vertes, le réservoir unique est constitué par les calcaires de Beauce « au sens large » : Le Calcaire   de Château-Landon devient l’équivalent du Calcaire   de Brie et du Calcaire   de Champigny. Au nord, les réservoirs aquifères Oligocène et Eocène sont individualisés par l’écran des Marnes vertes et supra-gypseuses. Au sud, l’écran marneux s’amenuisant pour disparaître progressivement, il n’existe qu’un seul réservoir aquifère   indifférencié.

Dans le département des Yvelines : secteur de l’Hurepoix

Un réservoir essentiellement constitué des Sables de Fontainebleau

Dans les régions de Trappes ou de Rambouillet, le réservoir Oligocène est essentiellement constitué des Sables de Fontainebleau, reposant directement sur les formations résiduelles à Silex (argiles à Silex) peu perméables.

La nappe de l’Oligocène atteint une certaine importance et le débit   d’exploitation peut atteindre 50 à 100 m3/h avec un rabattement important de l’ordre d’une vingtaine de mètres.

Plus à l’est, dans l’Hurepoix, les Sables de Fontainebleau reposent directement, soit sur les sables sparnaciens, soit sur la craie   sénonienne. La structure anticlinale du dôme de la Rémarde a limité l’extension des Marnes vertes dans cette région. Dans ces conditions, la nappe de l’Oligocène est en communication directe avec celles de l’Eocène inferieur et moyen et de la Craie  .

Des écoulements divergents épousant la topographie

Entre la vallée de Chevreuse et Trappes, les crêtes piézométriques sont sensiblement identiques aux crêtes topographiques. A partir de quelques points hauts, la nappe est divergente, épousant la forme des buttes de l’Oligocène. La profondeur de la nappe est de 30 à 35 mètres sous les sommets, mais elle peut affleurer sous la surface du sol dans les vallées. Le gradient hydraulique de la nappe peut atteindre 8‰.

Les vallées drainantes constituent le principal exutoire de la nappe. Lorsque les sables sont digressifs sur les formations crayeuses, il peut y avoir drainage de la nappe par déversement dans/communication avec la Craie   dont la piézométrie   se raccorde à celle des Sables de Fontainebleau.

Lien vers les cartes piézométriques de la nappe de l’Oligocène :

  • Carte piézométrique   des calcaires de Pithiviers de 2002 (Source   : Verley F., Brunson F., Verjus P., Cholez M. (2003) – Nappe de Beauce – Piézométrie   hautes eaux 2002. Direction de l’eau et de l’environnement Centre et Ile-de-France, 53 p. Planche 2 : piézométrie   hautes eaux des calcaires de Pithiviers mars 2002)
  • Carte de la nappe de l’Oligocène dans les Yvelines (1/100000) année 1981 (Source   : Inventaire des ressources aquifères et vulnérabilité des nappes du département des Yvelines. Rapport BRGM 81 SGN 348 IDF - R. Mercier, 1981)
  • Carte des basses eaux de la nappe de Beauce (1/100000) année 1994 (Source   : Piézométrie   du système aquifère   de Beauce. Basses eaux 1994. Rapport BRGM R 38572 - BRGM, 1995)
  • Carte de la nappe des sables de Fontainebleau à Saclay année 1999 (Source   : J.F. Vernoux et al., 1999 - Etude hydrogéologique du plateau de Saclay (Essonne). Rapport BRGM SGR/IDF R-40840)

Sur le plateau de Brie et en Bière

Une nappe superficielle dans le Calcaire   de Brie

En Bière et en Brie, le réservoir de l’Oligocène, comprenant majoritairement le Calcaire   de Brie et ses faciès d’altération, est très étendu mais plutôt pelliculaire. Il peut épisodiquement être surmonté par des buttes de Sables de Fontainebleau. La formation du Calcaire   de Brie, d’épaisseur moyenne de 5 à 6 mètres, repose sur un substratum peu perméable des Marnes vertes et supragypseuses, incliné vers la Seine et la cuvette de l’Yerres.

En Brie, les buttes et placages de sables qui surmontent la formation de Brie ne présentent pas de nappe individualisée et l’écoulement s’effectue en continuité des sables vers les calcaire   et meulières de Brie sous-jacents. Néanmoins, les Sables de Fontainebleau ont une influence sur la nappe du Calcaire   de Brie : augmentation de la productivité de la nappe du fait de l’augmentation de l’épaisseur et de la perméabilité   du réservoir (moins argileux) et abaissement de la minéralisation de l’eau.

La très grande hétérogénéité de la formation, en rapport direct avec sa constitution géologique, implique des différences marquées de caractéristiques de la nappe associée.

Au sein du plateau Briard, en conséquence de l’érosion, la nappe se retrouve morcelée en de nombreuses petites unités dans la partie orientale. Plus à l’ouest, elle forme trois zones de grande extension, qui du nord au sud sont constituées par les entablements qui séparent le Grand Morin, l’Yerres, l’Almont et la Seine.

Un certain nombre de gouffres ont été mis en évidence et permettent une vidange directe de la nappe du Calcaire   de Brie dans la nappe sous-jacente du Calcaire de Champigny.

Malgré quelques exceptions, les débits des puits   sont faibles, souvent inférieurs à 10 m3/h du fait de la faible épaisseur du réservoir aquifère   qui ne permet pas des rabattements de plus de 6 à 8 mètres. Les sources comme les puits   sont nombreuses mais elles ont de faibles débits (2 à 20 m3/h) et situées à la rupture de pente des flancs de vallons.

Localement, les Sables de Fontainebleau participent à l’alimentation des ouvrages ou des sources.

Une nappe peu profonde qui suit le relief

La surface piézométrique   est très proche du sol et elle épouse assez fidèlement la topographie, qui elle-même est assez structurale. Les gradients de la nappe sont généralement faible, 2‰ à 3‰ en moyenne et s’accentue en bordure de vallée où ils peuvent atteindre 15‰. Cette brusque accentuation se produit à peu de distance du déversement de la nappe sur les Marnes vertes, où se forme une ligne de sources.

Des problématiques de remontée de la nappe

Les variations de la nappe sont très importantes et très sensibles aux précipitations   atmosphériques et avec un retard négligeable. L’eau qui descend rarement en dessous de 4 mètres de profondeur remonte rapidement en hiver jusqu’au niveau du sol.

Lorsque les recharges hivernales sont meilleures, les remontées de niveau de la nappe du Brie posent des problèmes d’ingénierie dans les sous-sols des bâtiments. Certaines zones basses sont périodiquement inondées, ce qui explique l’intensité du réseau artificiel de drainage. C’est notamment le cas sur les coteaux de Val de Marne   et/ou en bordure de l’Yerres où des habitations ont été construites sur des sources, indiquées sur les cartes anciennes). Dans le cadre du Plan Bleu, le Conseil Général de Seine-et-Marne   mène un groupe de travail « Gestion des sources » pour localiser les sources et trouver des solutions techniques et juridiques à leur exhaure dans un contexte urbain dense. Sur son territoire, AQUI’ Brie mène des actions pour améliorer la connaissance du fonctionnement de cette nappe, un peu oubliée depuis son abandon pour l’AEP, et pourtant essentielle pour la recharge   de la nappe sous-jacente du Champigny et le soutien d’étiage des cours d’eau. Des suivis de débit   de cours d’eau alimentés par cette nappe, de niveaux de puits  , la modélisation par Armines du fonctionnement de la nappe devrait permettre à terme d’affiner la connaissance de ses échanges avec la nappe du Champigny (Coquelet L., Reynaud. A, 2014).

Quelques éléments sur l’hydrochimie de la nappe

L’eau de la nappe est minéralisée car elle est proche du sol et que la pente faible. La circulation de l’eau est lente dans le Calcaire   de Brie. Les eaux sont de type bicarbonaté calcique et légèrement sulfaté. La constatation de teneurs élevées en nitrates   dans ces formations a contraint l’abandon de nombreux captages. En effet, cette nappe proche du sol est extrêmement vulnérable aux pollutions chimiques et bactériologiques de surface.

Les buttes en rives droite de la Seine et au sud-est de la région, entre le Loing et l’Yonne

En rive droite de la Seine, la nappe de l’Oligocène, essentiellement contenue dans les Sables de Fontainebleau, est très restreinte par l’épaisseur et l’extension du réservoir. Au nord de Paris, elle est confinée aux buttes témoin et est généralement cloisonnée par des Marnes à Huîtres qui constituent une discontinuité dans les perméabilités. La nappe forme des petites nappes perchées. Quelques sources seulement ont un débit   suffisant pour être captées.
L’impluvium limité restreint le temps de circulation des eaux, ce qui explique la faible minéralisation des eaux souterraines   : résistivité élevée, faibles teneurs en sels dissous et dureté très basse.

Entre le Loing et l’Yonne, les formations peu perméables des Marnes vertes et supra-gypseuses n’existent plus et la nappe de l’Oligocène ne fait qu’un ensemble avec la nappe des Calcaires éocènes sous-jacents. La nappe de l’Oligocène est drainée par les vallées. Les écoulements s’effectuent en direction des cours d’eau structurants.

Pour en savoir plus :

  • La bibliographie spécifique à l’aquifère de l’Oligocène est consultable sur l’espace Bibliographie du SIGES
  • Les cartes piézométriques de l’aquifère de l’Oligocène sont téléchargeables depuis l’article « Isopièzes de l’Oligocène »

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