Alimentation des nappes

Bilan hydrologique

Le couple recharge-décharge joue un grand rôle dans le cycle hydrologique. Dans un bassin hydrologique bien défini, correspondant à un bassin hydrogéologique, on exprime le bilan en se basant sur les zones de recharge et de décharge, figure 66: fig66.eps Dans la zone de recharge:

$$P = Q_s + R + E_r$$ (5.1)

Dans la zone de décharge:

$$Q = Q_s + D - E_d$$ (5.2)

avec pour valeurs annuelles moyennes (en mm). Si $Q_g = D - E_d$, alors $Q = Q_s + Q_g$.

• $Q$ = débit de surface
• $Q_s$ = débit superficiel
• $E_r$ = évapotranspiration
• $R$ = recharge
• $D$ = décharge
• $E_d$ = évaporation de la surface
• $Q_g$ = composante de l'eau souterraine dans l'écoulement de surface.

La différenciation entre $Q_s$ et $Q_g$ peut se faire par exemple lors de l'étude de la décomposition des hydrogrammes. La quantification des différents paramètres du bilan hydrologique ci-dessus est délicate. Elle n'est pas traitée ici, à l'exception de l'évaluation de R que nous verrons plus bas.

Alimentation des nappes, schéma général

Si la recharge due aux précipitations joue un grand rôle, l'alimentation des nappes peut également provenir d'autres origines. Sur le schéma général, figure 67, on peut différencier 5 types d'alimentation différents d'une nappe alluviale:

• A) Précipitations atmosphériques, zone non saturée, recharge
• B) Infiltration d'eau de rivière
• C) Ecoulement hypodermique, nappe de pente
• D) Drainance
• E) Sous-écoulement de la roche encaissante.

fig67.eps fig68.eps fig69.eps

Recharge des nappes

La recharge définie de façon restrictive concerne l'eau qui alimente 1a nappe à travers la zone non-saturée. En chapitre II, on a établi les formules décrivant le transfert de l'eau en zone non-saturée et observé l'évolution dans le temps d'une infiltration théorique, figure 44. Sur le terrain, l'équipement classique est décrit sur la figure 68. L'utilisation des cellules de mesures électriques est aujourd'hui remplacée par la sonde à neutrons. L'exemple théorique classique de l'influence d'une averse de courte durée sur la zone non-saturée et la nappe est illustré sur la figure 69 : on observe quelques jours après l'averse une remontée très nette du niveau de la nappe située à 1.50 m de profondeur. Knowlton et Stephens ont réalisé des expérimentations classiques en Californie et observé une recharge correspondant à environ 20% des précipitations, figure 70. fig70.eps fig71.eps En Suisse, le climat favorise une bonne recharge des nappes. Sur la base des études classiques de bilan, on estime grossièrement qu'l/3 des précipitations s'infiltre, 1/3 ruisselle, et 1/3 s'évapore; quelques exemples ( en [mm]) :

	P	Q	Flot de base	E
Bassin de la Broye	1175	617	308
Karst jurassien	1531	1198	333

Le taux d'infiltration varie évidemment beaucoup en fonction de la nature du sol, de la pente du sol, de la végétation, de la nature du sous-sol et de sa profondeur. Si la configuration géologique est défavorable, exemple de la Tuffière, la réalimentation peut bien sûr être presque nulle, figure 71. Dans nos conditions climatiques, le renouvellement annuel de l'eau souterraine varie de 0 à 15 1/s /km$^2$. On le qualifie de

très faible	$<$ 1 1/s/km$^2$	$>$ 32 mm/an
moyen	5-10 1/s/km$^2$	160-320 mm/an
très élevé	$>$ 15 1/s/km$^2$	$<$ 480 mm/an

Infiltration de l'eau de rivière

S'il existe souvent des rivières "perchées" sur une nappe, on observe encore plus souvent dans les régions tempérées des relations complexes rivière-nappe variant avec le temps. Dans les régions humides, c'est bien sûr les nappes qui, le plus souvent, alimentent les cours d'eau. Les relations eau de surface-eau souterraine, très importantes, feront l'objet d'un paragraphe spécifique.

Alimentations diverses

L'alimentation peut également provenir de zones latérales par exemple par des nappes de pente, par la drainance ou par le sous-écoulement à partir d'une roche encaissante karstifiée très en charge.