Critères conditionnant la vulnérabilité

Pour qualifier la vulnérabilité intrinsèque, un certain nombre de critères sont disponibles, ils sont associés aux ensembles souterrains dans lesquels ils interviennent et sont récapitulés dans le tableau ci-dessous.

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Tableau de vulnérabilité intrinsèque

Contrairement aux eaux de surface où les conséquences des pressions (pollution, recharge - prélèvement) s’observent rapidement, on remarque des temps de réponse beaucoup plus longs dans le cas des eaux souterraines. Cette inertie plus ou moins marquée, est due à l’existence de « zones tampon » recouvrant les formations aquifères. Ces « zones tampon » sont, le plus souvent, constituées de différents horizons plus ou moins développés. Depuis la surface, vers la profondeur, on observe :

  • les formations de recouvrement (superficielles) déposées au cours de l’ère Quaternaire ou résultant de l’altération de la roche mère sous-jacente. Localement, ces formations superficielles peuvent atteindre quelques dizaines de mètres d’épaisseur ;
  • la partie non saturée de la roche réservoir. C’est dans cette zone que circulent, essentiellement par gravité, les eaux de pluie infiltrées avant de rejoindre la zone saturée de la roche réservoir formant la masse d’eau souterraine  . Cette zone non saturée peut atteindre, à certains endroits, une centaine de mètres d’épaisseur (exemple : masse d’eau   de la craie   altérée du littoral cauchois N°3203).

La vulnérabilité d’une masse d’eau   dépend donc des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des différents horizons rencontrés.

Le premier élément décisif dans la protection d’une masse d’eau   réside dans le type et l’épaisseur de sol recouvrant la roche mère. C’est dans cette zone que peut être réalisée la plus grande partie du processus d’auto-épuration de l’eau. D’une part, la granulométrie du sol va agir comme un filtre qui permettra de retenir les matières en suspension contenues dans les eaux de ruissellement qui s’infiltrent vers la nappe. D’autre part, des sols riches en matière organique et minéraux argileux pourront donner lieu à des phénomènes d’adsorption, permettant ainsi une rétention de certains polluants dans les premiers centimètres de sols. Les argiles et humus peuvent également donner lieu à des échanges d’ions entre le complexe argilo-humique et les eaux d’infiltration. Enfin, grâce à une bonne oxygénation des premiers décimètres de sol, celui-ci est le siège d’une vie bactérienne intense où les bactéries telluriques (bactéries des cycles du carbone, de l’azote ou du phosphore) sont à l’origine de réactions d’oxydo-réduction importantes. L’activité des microorganismes aérobies présents dans le sol peut entraîner une biodégradation de certains polluants, notamment les matières organiques.

Le second paramètre conditionnant la vulnérabilité des aquifères est le mode de circulation de l’eau dans la roche réservoir. En fonction du type de matériaux rencontrés, les vitesses de filtration sont variables et agissent ainsi sur la vulnérabilité des masses d’eau. Des circulations lentes et homogènes au sein de la roche permettront un temps de séjour suffisant dans les « horizons tampons » pour assurer une auto-épuration des eaux infiltrées. Ce phénomène se produit dans les milieux continus (type milieu poreux constitué de sables, grès  , arènes ou alluvions  ). A contrario, dans des milieux discontinus (roches fissurées, fracturées, voire karstifiées observées au sein de roches compactes type calcaires, granites ou schistes) les circulations rapides mises en jeu court-circuitent la filtration lente des eaux ainsi que le phénomène d’auto-épuration qui l’accompagne. La filtration initiée au niveau du sol sera affinée lors du transit dans la zone non saturée (dont la granulométrie plus faible que celle d’un sol permet un meilleur effet « filtre »). Les phénomènes de dilution notamment mis en jeu au sein de la zone saturée (nappe) permettront d’abaisser leur concentration. En outre, le transit lent des eaux d’infiltration à travers la roche réservoir permettra sa minéralisation. Enfin, la vulnérabilité d’une masse d’eau souterraine   est fortement liée à son caractère libre ou captif :

  • dans le cas des masses d’eau libres, aucun horizon imperméable ne sépare le toit de la nappe de la surface ; son alimentation se fait donc directement par infiltration des eaux de ruissellement au travers du sol et de la zone non saturée. Plus ce type de nappe se trouve proche de la surface, et moins elle est protégée vis à vis des pollutions de surface ;
  • dans le cas des masses d’eau captives, la présence de formations imperméables ou semi-perméables entre le sol et la nappe constituent un horizon de protection supplémentaire. La nappe est essentiellement alimentée par drainance depuis les nappes sus ou sous-jacentes au travers de ces niveaux qui imposent des vitesses de transfert très faibles (10-9 à 10-11 m.s-1). Celles-ci sont à l’origine des temps de recharge très longs observés sur les aquifères profonds (plusieurs dizaines de milliers d’années pour la masse d’eau   de l’Albien-Néocomien N°3218 captée à Paris par exemple). La contre partie est d’assurer à ces nappes une très bonne protection naturelle ; elles ne sont pas pour autant à l’abri de pollutions introduites à la faveur d’ouvrages ayant percé la couverture imperméable (forages abandonnés par exemple).

Une mention particulière doit être faite pour les masses d’eau affectées par le karst qui présentent une grande diversité et variabilité et qui sont très présentes sur le district Seine et côtiers normands. Les caractéristiques de la roche réservoir (plus ou moins poreuse, fracturée…) conditionnent les propriétés aquifères de chaque masse d’eau   karstique. La nature des formations de recouvrement et l’occupation des sols contribuent quant à elles à expliquer la vulnérabilité de ces masses d’eau. Il existe cependant une constante de ces aquifères : le report du drainage en sous-sol. Ces formations présentent donc, en général, une faible densité de cours d’eau. Dans ces conditions, les rejets (drainage agricole, stations d’épuration…) trouvent rarement d’exutoires naturels ; ils s’infiltrent donc dans les sols contribuant ainsi à la détérioration de la qualité de la nappe.

En conclusion, la protection naturelle d’un aquifère   sera d’autant plus efficace :

  • que les sols sont épais et argileux ;
  • que la roche mère est poreuse et non fracturée ;
  • que l’épaisseur de la zone non saturée est importante.

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