Variations du niveau des nappes

Les variations du niveau des nappes ne sont pas identiques ni synchrones en tout point d’une même nappe , ni surtout entre nappes différentes (cf. Figure 1 plus bas). Elles sont très faibles au voisinage des limites de l’ aquifère , bordé par un plan d’eau assez stable (lac ou cours d’eau par exemple) et l’amplitude des variations augmente, au contraire, au fur et à mesure que l’on s’éloigne de ces limites.

L’analyse des fluctuations des niveaux piézométriques annuelles et saisonnières permet de déterminer des cycles de recharge et de vidange de la nappe .

A la fin de la période estivale, pendant laquelle se vidange de la nappe , la nappe atteint ainsi son niveau le plus bas de l’année : cette période s’appelle l’« étiage » ou période de basses eaux. Ces niveaux d’étiage sont généralement observés au cours des mois d’octobre à novembre. Les niveaux de hautes eaux sont en général enregistrés après la recharge hivernale, entre mars et mai. Ainsi, le niveau des nappes s’élève rapidement en automne et en hiver, jusqu’au milieu du printemps.

Selon les régions et leur climat, selon les étendues et les configurations des aquifères, les régimes naturels des variations de niveau sont surtout annuels (avec des différences d’amplitude entre années « sèches » et années « humides ») mais peuvent aussi varier de façon pluriannuelle (recharges exceptionnelles sur plusieurs années).

Les mesures du niveau de la nappe permettent de déterminer la variabilité de la nappe dans le temps et de calculer une amplitude entre les niveaux les plus bas et les plus hauts, aussi appelé « battement de la nappe  » (cf. Figure 2 plus bas).

Tout captage local d’eau souterraine fait baisser le niveau de la nappe tout autour, avec une influence variant selon les terrains et les volumes prélevés. Si le débit de pompage est relativement continu et constant, la valeur de cet abaissement, le rabattement de la nappe , se stabilise, sans effacer les fluctuations naturelles de la nappe (dont le niveau évolue seulement plus profondément).

Les influences de tous les captages qui exploitent une même nappe s’additionnent : lorsqu’ils sont assez rapprochés et importants, il peuvent créer une véritable « dépression » de la nappe .

L’alimentation en eau potable, les prélèvements agricoles et industriels ne sont pas les seuls prélèvements d’eau souterraine. L’exploitation des mines et carrières, les projets d’aménagements urbains (sous-sols, parkings, voies de communication…) nécessitent généralement des pompages d’ exhaure pendant les travaux, voire même des pompages permanents ou saisonniers pour maintenir la nappe à une cote inférieure.

Cette influence des prélèvements est réversible : toute baisse ou arrêt des prélèvements entraine une hausse du niveau.

L’exploitation ou l’ exhaure des eaux souterraines ne sont pas les seuls facteurs anthropiques qui influencent le niveau des nappes . Les infrastructures souterraines (métro, tunnels, parkings etc…) peuvent constituer des obstacles à l’écoulement des nappes , véritables barrières hydrauliques souterraines, qui peuvent conduire à une remontée de la nappe .

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 territoire haut normand).

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.

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.

La Figure 3 ci-desous donne des exemples 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).