21/03/05

La Terre est surnommée la planète bleue à cause de la présence de l’eau. Il se pose la question de connaître l‘origine de cette eau. La gravité de la Terre est telle (taille et masse) qu’elle retient l’eau par son attraction sans que l’attraction soit trop forte et que l’eau s’enfonce dans les profondeurs.

Deux hypothèses sont crédibles quant l’origine de toute cette eau sur Terre sans pouvoir trancher entre celles ci:

-. Lors de la fusion des roches originelles de la proto planète, celles ci ont libéré leur eau sous forme de vapeur qui s’est ensuite condensée lors du refroidissement. Mais d‘autres planètes ont la même histoire et des caractéristiques proches et n’ont pas ou peu d’eau.

- collision entre la Terre peu riche en eau et une grosse comète qui aurait amené toute cette eau.

Répartition de l’eau libre sur Terre :

Océans 92%

Banquise glaciers 2%

Eaux douces 2%

Eaux souterraines 4%

Les déserts représentent des grands réservoirs d’eau généralement très profonds et l’eau y est très ancienne donc très minéralisée. Les rares nappes plus en surface sont rares, très fragiles et vite polluées.

L’hydrogéologie est principalement intéressée par les eaux continentales souterraines. Autour de Grenoble, il y a deux nappes importantes d’une eau de très bonne qualité : la nappe de la Romanche autour de Vizille et la nappe du Drac ( Champ sur Drac).

P = E+ I + Ev + Etp

Ce bilan s’équilibre à l’échelle planétaire. I représente toutes les infiltrations, dans Ev il y a la sublimation des glaciers et l’évaporation des écoulements et cours d’eau. Le ruissellement est l’agent d’érosion des continents le plus efficace notamment lors des pluies d’orages exceptionnels ou des cyclones.

Bilan annuel en France de ces mouvements d’eau :

Pluie 440 km³

Evaporation 270 km³

Ruissellement 70 km³

Infiltration 100 km³

Les infiltrations se partagent entre un écoulement souterrain et des réservoirs souterrains (les lacs souterrains sont rares, ils représentent une quantité d’eau limitée par rapport à celle des roches réservoirs. Les roches capables d’absorber l’eau et de permettre leur déplacement sont des roches aquifères. La circulation de l’eau est associée la perméabilité des roches alors que c’est plutôt la porosité qui favorise l’accumulation. Certaines roches comme l’argile absorbent l’eau mais ne permettent pas leur écoulement, des roches poreuses comme la pierre ponce n’absorbent pas l’eau: on parle de perméabilité utile. Celle ci dépend de la roche et du liquide concerné, elle dépend de la tension superficielle de liquide.

Ce sont donc des roches perméables et poreuses.

Ce sont des roches meubles ou des sédiments (sables) ou des roches cohérentes (grès).

Insérer croquis

Le sable contient plus d’eau quand il est comprimé (quand on marche sur le sable humide d’une plage, il se forme une auréole de sable plus sec autour du pied).

Les roches sédimentaires dont la diagenèse est incomplète forment de bons réservoirs.

Ce sont par exemple le granite ou le calcaire. La perméabilité se mesure alors au niveau d’un massif et non d’un échantillon.

L’eau s’infiltre dans le calcaire et le dissout. Cette dissolution élargit petit à petit des drains ce qui accélère les infiltrations. Il n’y a plus d’eau en surface sauf au fond de certaines dolines qui ont une couche d’argile imperméable (cette argile est contenue dans le calcaire d’origine mais elle n’est pas dissoute, elle s’accumule donc au fond des cavités). L’infiltration se fait avec peu d’inertie et avec peu ou pas de filtration: temps d’infiltration très court.

Dans le granite, il n’y a pas de dissolution qui agrandisse les drains et de ce fait il n’y a pas non plus de minéralisation de l’eau d’infiltration : maladies telles que les goitres dans certaines vallées alpines ou ardéchoises. Pour connaître le taux de minéralisation de l’eau on mesure sa résistivité (1/R).

La perméabilité en petit est plus favorable aux utilisations humaines de l’eau, les nappes phréatiques sont en général alluviales (cas de la Romanche et du Drac avec une bonne filtration par le sol ce qui est bien utile vue l’implantation ancienne d’usines dans ces vallées).

Pour qu’il y ait perméabilité en grand, il faut des fissures et failles dans le massif mais il faut aussi qu’elles communiquent. La schistosité joue un rôle important. Exemple des schistes de l’Oisans au pied des collines du trias du Grand Galbert : existence de sources sulfureuses sortant des joints de schistosité. L’eau s’infiltre dans la vallée d’Olle, dissout des pyrites dans les calcaires en profondeur ; l’eau est légèrement tiédie par le caractère exothermique de la réaction de dissolution: (sources de FONT FLAIRANT – chemin découverte de 30m autour de Bourg d’Oisans). Dans le cas d’Uriage, il s’agit plutôt d’eau infiltrée le long de la faille de Belledonne dissolvant des gypses.

Sable, graviers 1000m à 10m par jour

Sable fin 100m à 10cm par jour

Argile 1cm à 0,01mm par jour

Grès fissuré 1000m à 10 cm par jour

Calcaires fissurés 1000m à 10 cm par jour

Roches cristallines fissurées 1m à 0,01mm par jour

Schistes 1cm à 0,01 mm par jour

L’eau imbibe la roche. Dans nos régions, les nappes phréatiques sont surtout alimentées par les pluies d’hiver

Une nappe aquifère est une zone potentiellement imbibable avec un mur étanche au-dessous et libre au-dessus ou limitée par un mur supérieur. La nappe phréatique occupe donc tout ou partie de l’aquifère.

Si la nappe est libre, l’eau peut remonter par capillarité.

La surface de saturation est appelée surface piézométrique. Ce niveau piézométrique se confond avec le niveau de la nappe lorsque celle ci est libre ou dans les puits. Lorsqu’il pleut, cela réalimente la nappe et le niveau de celle ci remonte (zone de battement de la nappe).

Il y a des échanges entre les rivières et les nappes phréatiques.

Exemple n°1 : Le campus de Saint Martin d’Hères qui était une zone marécageuse où la nappe affleurait (ou presque). Pour résoudre ce problème et ouvrir le campus, l’Isère a été endiguée et son lit abaissé. La nappe a baissé et les terrains ont été asséchés, mais la nappe a aussi baissé sous Grenoble ce qui a créé des problèmes à des immeubles anciens construits sur des pieux de bois. Ces derniers étaient toujours immergés et ne pourrissaient pas, la baisse du niveau a entraîné leur dénoyage et le pourrissement de leur tête remettant en cause la stabilité de ces vieux immeubles.

Exemple n°2 : la Dombes. La nappe phréatique est libre dans une région vallonnée: des étangs se forment dans les points bas.

Remarque : un lac est une retenue d’eau alimentée par un cours d’eau et présentant un exutoire. Un étang n’a ni alimentation ni exutoire, il vit avec la nappe phréatique, l’eau n’y est pas stagnante, les échanges se font par l’intermédiaire de la nappe.

Si la nappe est limitée vers le haut par un mur imperméable (ou toit), il y a limitation des fluctuations. On dit que la nappe est captive. Deux cas se présentent :

• Le niveau piézométrique est plus haut que le niveau du mur : la nappe (nappe artésienne) est alors en charge. Les puits deviennent artésiens, cas naturel de la Fontaine de Vaucluse.

Exemple de la nappe de Bourg d’Oisans qui est captive et en charge. Elle est à l’origine des sources de la Rive : l’eau sort d’un éboulis et se jette dans un lac. Cette eau sort de la nappe et remonte, ce n’est pas de l’eau qui descend de la montagne. Lors de l’existence du lac Saint Laurent il y a eu des éboulements sur les flancs, ces éboulis pénètrent sous la couche d’alluvions argileuses qui s’est déposée après en fin de vie du lac. L’eau du Vénéon crée une nappe en charge au niveau de Bourg d’Oisans qui peut s’échapper au niveau de ces éboulis.

La mesure du niveau piézométrique dans une vallée permet d’établir la carte hydrogéologique. La perpendiculaire aux courbes de niveau de la nappe détermine le sens de circulation de la nappe et les échanges rivière nappe ou nappe rivière.