HYDROGÉOLOGIE

Dynamique anthropique

Lorsque l’alimentation principale de la nappe est l’infiltration sous zone irriguée (sols ou canaux fuyards), le fonctionnement piézométrique naturel peut être masqué et la nappe être haute en été et basse en hiver.

Il existe des exutoires artificiels ; certains sont des ouvrages passifs destinés à éliminer l’eau, comme les drains et les galeries artificielles (mines à flanc de coteau, tunnels, ouvrages souterrains). D’autres sont des ouvrages d’exploitation d’eau comme les puits, les forages ou les galeries drainantes.

La direction d’écoulement naturel de la nappe est bien sûr modifiée vers les exutoires anthropiques, qui constituent des points de sortie supplémentaires. Pour les nappes exploitées au voisinage de plans ou de cours d’eau, la conséquence est la réalimentation par les eaux de surface. L’intérêt et le risque d’une réalimentation par une berge sont l’amélioration (dilution des concentrations en nitrates, par exemple) ou la détérioration (apport de molécules indésirables : hormones, médicaments, pesticides, plastifiants…) de la qualité originelle des eaux de la nappe. En bordure de mer, une exploitation d’eau souterraine peut faire remonter le biseau salé vers les terres, et à terme faire augmenter la salinité de l’eau exploitée.

Les ouvrages passifs servent de niveau de base pour rabattre le niveau de la nappe, les ouvrages d’exploitation et d’exhaure sont munis de pompes qui abaissent le niveau (rabattement), ils créent un cône de dépression conique (en milieu homogène et isotrope) ou dissymétrique. On dit statique le niveau « naturel » de la nappe avant pompage et dynamique le niveau au cours du pompage, au sein du cône de rabattement.

Dans le cas des nappes captives, des phénomènes de drainance sont souvent induits ou accrus par le rabattement engendré par les pompages, qui modifie l’équilibre de pression entre deux nappes superposées, et parfois inverse le sens des échanges entre nappes.

La forme de la courbe de pompage (rabattement en fonction du temps) ou de remontée du niveau (après l’arrêt de la pompe), déterminée lors de pompages d’essais (ou essais de puits), permet d’évaluer les caractéristiques de l’aquifère : transmissivité, emmagasinement, diffusivité, perméabilité, distance à une limite d’alimentation ou à une limite étanche. La détermination de ces caractéristiques se fait par ajustement à des modèles conceptuels de milieux types. Il existe plusieurs équations, dont les plus utilisées sont celles de Theis ou de Jacob pour le milieu isotrope infini, de Boulton ou de Hantush pour des aquifères alimentés par drainance, de Gringarten et Witherspoon pour les milieux à fracture unique, de Warren et Root pour les milieux à double porosité (matrice et fractures)…

La forme de la courbe de pompage dépend toujours de l’aquifère lui-même, mais elle est aussi influencée par la connexion entre le forage et la nappe : géométrie, ouverture et état des crépines, granulométrie du massif de gravier entre la colonne de captage et le terrain. Un essai de puits répété à quelques années d’intervalle dans les mêmes conditions hydrologiques permet de suivre l’évolution de cette connexion dans le temps : pour un débit de pompage donné, une diminution du rabattement traduit un développement (amélioration des performances hydrauliques) de l’ouvrage, alors qu’une augmentation du rabattement traduit un colmatage des crépines ou du massif de gravier installé autour : dépôt de particules solides, corrosion ou précipitation de carbonates ou d’oxydes de fer...