Alimentation artificielle des nappes

Généralités

L'alimentation artificielle consiste à introduire de l'eau dans une formation perméable par l'intermédiaire d'un dispositif aménagé à cet effet. L'objectif peut être l'accroissement des ressources ou l'amélioration de conditions d'exploitation (chimiques, hydrodynamiques).

Applications principales

Accroissement des ressources

A) Gestion Un besoin accru d'alimentation en eau nécessite l'élaboration d'une gestion globale des ressources avec parfois un transfert des eaux de surface dans les aquifères profonds. On prend en compte: - la distribution irrégulière des eaux souterraines et de surface - les réservoirs fixes, lacs, barrages - les éléments de transfert, ruisseau, fleuve, nappe. L'exemple d'Israel, figure l38, illustre clairement les différentes composantes prises en compte pour l'utilisation optimum des eaux disponibles et en particulier la recharge des nappes souterraines. B) Les pointes La consommation d'eau est difficile à planifier du fait de débits de pointes prévisibles (arrosages, par exemple) et imprévisibles (sécheresse). En général on considère que le débit en heures de pointe peut être de 40% supérieur à celui du débit moyen. Stocker l'eau dans des aquifères souterrains permet en principe au réseau d'absorber plus facilement ces pointes que par le recours à des stocks de surface, à cause des problèmes de traitement de l'eau ou des débits irréguliers des cours d'eau.

Modifications du caractère chimique, thermique

L'injection d'eau implique un filtrage et un temps de séjour dans le sol relativement important, d'où une amélioration de la qualité de l'eau injectée par rapport à l'eau réexploitée. Inversement, on peut tenter d'améliorer la qualité chimique de l'eau d'un aquifère par des réinjections d'eau de bonne qualité (biseau salé). En ce qui concerne l'utilisation thermique de l'eau pour le refroidissement d'installations industrielles, le stockage souterrain de l'eau garantit une stabilisation thermique souvent très appréciée.

Restauration d'un équilibre perturbé

Les pompages excessifs entraînent parfois un important abaissement du niveau dynamique et les frais d'exploitation deviennent prohibitifs. Ces pompages peuvent également induire des apports d'eau de nappes éloignées dont la qualité chimique est préoccupante.

Conditions générales de l'alimentation artificielle

- Disposer d'eau au moment nécessaire, de bonne qualité et en - quantité suffisante - Qualité: éliminer les substances argileuses et organiques - Disposer d'un aquifère à conditions favorables : perméable - ($K > 10^{-5}$ m/s), bonnes transmissivité et diffusivité.

Méthodes d'injection

A) Puits d'injection: puits avec gros massif filtrant à usage double, alimentation et extraction. Le débit spécifique d'injection ($QSI$) est proportionnel à différents paramètres, figure 139.

$$QSI = \pi K D P$$ (7.1)

avec

• $K$ = Conductivité hydraulique horizontale
• $P$ = Profondeur de l'aquifère
• $D$ = diamètre du tube

La forme du cône de réalimentation est naturellement influencée par l'écoulement de la nappe, figure 140. On différencie ainsi d'ailleurs le stockage hydrostatique du stockage hydrodynamique. B) Par injection superficielle On peut aménager des cours d'eau ou construire des canaux d'infiltration ou des bassins. Généralement on installe une couche filtrante au fond des bassins ($d_{10}$ = 0.2 mm, $U$ = 2). La capacité d'infiltration varie de 2-5 mm/j sur sable à 0,2-0,4m/j dans bassin à végétation, figure 141. Afin d'éviter la prolifération d'algues, on s'efforce de faire circuler l'eau. A la station de Bâle, après 18 mois, les fossés se colmatent, figure 142, mais après 42 mois le colmatage se stabilise! Le bassin à végétation permet des débits d'injection plus lents mais ne se colmate pas: c'est peut-être le meilleur système!