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Sous-sections
Les liaisons entre les eaux de surface et les eaux souterraines jouent
un très grand rôle en hydrogéologie. Si les liaisons nappe-lac
et nappe-mer sont généralement peu évolutives, les liaisons
cours d'eau-nappe sont par contre plus complexes, variant au cours des
saisons.
fig77.eps
fig78.eps
Les cours d'eau sont ainsi soit drainants, soit infiltrants,
quelquefois indépendants, figures 77 et 78.
L'infiltration à partir d'un cours d'eau ne reste généralement
élevée que lorsque son lit n'est pas stabilisé
(alluvionnement-érosion). Le long d'un torrent, elle est plus
importante en amont qu'en aval, figure 79.
fig79.eps
fig80.eps
L'influence d'un cours d'eau sur une nappe s'observe facilement par
des mesures piézométriques à différentes distances du cours
d'eau, figure 80. On complète souvent les mesures piézométriques
par des mesures de paramètres chimiques et isotopiques qui
permettent de bien mettre en évidence les influences de
l'infiltration de l'eau de la rivière sur l'eau de 1a nappe.
Afin d'augmenter la capacité des puits captant les alluvions, on
s'efforce de produire une réalimentation par l'eau des rivières,
si leurs lits ne sont pas totalement colmatés. L'hydrogéologue ne
considère plus ainsi seulement l'aquifère mais le système global
aquifère-rivière, figure 81.
fig81.eps
Le colmatage des lits des cours d'eau est le fait de particules fines
limoneuses ou de matière organique.
Ce phénomène est bien connu par les exploitants de gravière qui
recyclent les boues de forage dans des dépressions situées dans
des graviers perméables avec peu de pertes.
L'ordre de grandeur des pertes d'eau à travers une mince couche
colmatée peut être approchée en appliquant Darcy:
Avec une lame d'eau de 1 m d'épaisseur, une couche colmatante de 5
cm et de conductivité hydraulique de
m/s, et un
aquifère à
m/s. On a:
![\begin{displaymath}
v = K i = 10^{-7} \frac{1}{0.05} = 2 10^{-6} \text{m/s}
\end{displaymath}](img156.gif) |
(5.3) |
Le débit
par m
de fond = 1 ×2
m
/s =
0.002 l/s.
L'infiltration d'eau des bassins d'accumulation est souvent
évolutive. Dès la mise en eau on observe une très forte
infiltration et parallèlement le dépôt de matière fine.
Ce dépôt réduit rapidement l'infiltration mais il subsiste un
flux faible en direction de l'aquifère. Ce flux accélère la
sédimentation de matière organique (dans les régions à
pollution) avec pour conséquence l'appauvrissement rapide en O
de
la nappe et l'apparition de Fe et de Mn. Par exemple, l'accumulation
par le barrage de l'usine de Sackingen, figure 82.
fig82.eps
L'hydrogéologie des cônes de déjection est très complexe
compte tenu de la grande variabilité des dépôts, figure 83. Dans
de nombreuses régions cependant, ils jouent un rôle hydrologique
important et sont exploités surtout au contact cône - dépôts
plus récents.
fig83.eps
I1 existe de nombreux types de relation nappe-lac, comme par exemple
les décharges d'eau des calcaires sous la surface des
lacs. Cependant les contacts lac-nappe les plus importants concernent
surtout les zones à delta lacustre.
L'hydrogéologie des deltas est délicate car les dépôts sont
généralement très hétérogènes avec un pendage
important. On considère souvent qu'il n'y a que peu de
réalimentation par le lac en cas d'exploitation et que les eaux
contiennent trop de Fe et de Mn. Même si cela est fréquemment le
cas, il existe cependant bien des exceptions d'autant que la boue
lacustre non consolidée qui tapisse le front du cône est parfois
assez perméable.
L'exemple du delta de l'Areuse que nous avons étudié pour
l'établissement de zones de protection du captage de Colombier
souligne la grande complexité de ces aquifères pratiquement tous
exploités aujourd'hui en Suisse, figure 84.
fig84.eps
Le contact entre la mer et une nappe d'eau dans un aquifère poreux
s'appelle l'interface eau douce-eau salée. Généralement cet
interface est en bordure de mer, mais il peut se déplacer à
l'intérieur des terres en cas d'exploitation trop importante de la
nappe ou de précipitations insuffisantes dues à un changement
climatique.
fig85a.eps
fig85b.eps
Les premières études du biseau salé ont fait intervenir
simplement les conditions hydrostatiques pour situer la profondeur du
biseau, figure 85a:
![\begin{displaymath}
\rho_s g z_s = \rho_w g (z_s + z_w)
\end{displaymath}](img157.gif) |
(5.4) |
= masse volumique de l'eau salée (1.025 g/cm3)
= masse volumique de l'eau douce
et
= épaisseur de l'eau salée et douce
![\begin{displaymath}
z_s = z_w \farc{\rho_w}{\rho_s-\rho_w} = 40 z_w
\end{displaymath}](img162.gif) |
(5.5) |
En fait dans la réalité, cette relation sous-estime la profondeur
de l'eau salée. Il est plus juste de tenir compte de l'écoulement
d'eau douce, soit de se baser sur les lignes de courant et les
équipotentielles, figure 85b. On peut à partir de la forme de la
surface piézométrique évaluer la pente du biseau salé et en
dessiner une position vraisemblable. De plus, cette interprétation
fait apparaître la zone d'émergence d'eau douce sur le rivage
marin comme on l'observe en réalité.
fig86.eps
Lors de surexploitation de nappes côtières, l'équilibre est
parfois rompu et le biseau salé se déplace à l'intérieur des
terres, souvent sur des dizaines de km (figure 86). Par exemple en
Mauritanie où, du fait de la décroissance de la pluviométrie et
de l'augmentation de la population urbaine, l'équilibre est rompu et
le biseau se situe à une centaine de km de la côte !
L'étude sur le terrain permet de bien identifier l'importance de la
zone de transition: l'interface peut en effet être le siège de
phénomènes de diffusion et de mélange d'eau qui selon
l'importance des variations annuelles peut entraîner la formation
d'une importante tranche d'eau mixte.
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2002-08-27