HYDROGÉOLOGIE

Porosité

La porosité est le rapport du volume des « vides » à celui de la roche totale. Elle est souvent exprimée en pourcentage.

Les vides des roches ont trois origines principales : sédimentologique, tectonique et chimique.

– Sédimentologique : il s’agit des pores résiduels de la sédimentation (porosité granulaire). C’est donc une porosité primaire qu’on rencontre dans les roches détritiques : graviers, sables, silts, grès, craie, alluvions, scories et pouzzolanes volcaniques. Certaines de ces roches, consolidées (grès, scories), possèdent un ciment qui obture une partie de la porosité.

– Tectonique : il s’agit des cassures affectant les roches (joints, diaclases, failles). Cette porosité d’origine secondaire s’est formée pendant et après la diagenèse de la roche. On parle de milieu fissuré, en cas de fines fissures, ou de milieu fracturé quand de grands accidents structurent l’écoulement de l’eau. Ce type de porosité se rencontre dans les roches compétentes, dont les minéraux sont faiblement solubles (silicates).

– Chimique : une mention particulière est à décerner aux milieux fissurés des roches solubles dans l’eau pure (minéraux sulfatés : gypse et anhydrite) ou dans l’eau rendue agressive par l’anhydride carbonique (carbonates : calcite, dolomite). Dans ce cas, la géométrie des fractures évolue (élargissement) en fonction de la solubilité des minéraux impliqués, des quantités de CO₂ disponibles et de l’écoulement. On parle du phénomène de karstification, qui accroît la porosité du massif.

On appelle aquifère un terrain (sol ou roche) susceptible de contenir de l’eau mobile, aquifuge un terrain qui en laisse passer peu et aquiclude un terrain aux propriétés intermédiaires. Mais l’eau souterraine imprègne ces trois types de couches, et l’étanchéité absolue n’existe jamais.

Mobilité de l’eau souterraine : notion de porosité efficace

Dans un sol ou une roche, l’eau est plus ou moins mobile selon sa localisation dans le milieu. On distingue ainsi quatre types d’eau, de plus en plus mobiles en allant de la particule solide vers le centre du « pore ».

L’eau de constitution est celle qui entre dans la composition d’un minéra, par exemple le gypse. Cette eau ne participe pas au cycle de l’eau, elle ne peut être extraite qu’à haute température (métamorphisme ou fabrication du plâtre).

L’eau adsorbée est fortement retenue par l’attraction des grains solides. Cette eau n’est extractible que par évaporation physique.

L’eau liée elle aussi est attirée par les particules solides, mais au-dessous d’une valeur de succion appelée point de flétrissement, les végétaux peuvent l’extraire pour alimenter leur transpiration. L’eau liée subit une force d’attraction plus grande que son propre poids, elle ne peut donc pas s’écouler librement.

L’eau libre apparaît quand le poids de l’eau a une intensité plus grande que l’attraction du solide voisin. Cette eau s’écoule sous l’effet de la gravité et constitue le domaine d’intérêt de l’hydrogéologie. Le volume d’eau libre constitue la porosité efficace de l’aquifère.

Certaines roches ou certains sols ont une porosité totale importante, dont seulement une faible fraction est de la porosité efficace, c’est le cas des argilites : 1 mètre cube d’argile peut renfermer de 400 à 500 litres d’eau, mais seulement de 10 à 20 litres sont susceptibles de s’écouler. Les argiles sont donc plutôt des milieux aquifuges.

À l’opposé, 1 mètre cube d’alluvions sablo-graveleuses peut contenir de 200 à 400 litres d’eau, dont 150 à 250 litres sont de l’eau libre : ce sont d’excellents aquifères.

Constitution de l’aquifère

Un aquifère comprend, de haut en bas : un sol susceptible de réguler les flux[...]