Gestion des eaux souterraines

Face aux défis que posent les changements globaux, la connaissance, le suivi et l'anticipation de la disponibilité et de la qualité des eaux souterraines est au coeur des missions du BRGM.

L'enjeu

Les ressources en eaux souterraines constituent un élément essentiel pour l’alimentation en eau potable mais aussi pour satisfaire les besoins de l’agriculture dans de nombreux pays, notamment en France. La contrainte sur la disponibilité de cette ressource s’accroît du fait du changement climatique et de la croissance de la demande pour les différents usages. Les ressources en eaux souterraines peuvent être localement ou régionalement surexploitées. La demande devenant supérieure à la recharge des aquifères, la surexploitation peut ainsi engendrer des phénomènes irréversibles tels que des intrusions salines dans les régions côtières, des phénomènes de subsidence (effondrement de terrains), des problèmes de qualité d’eau, des assèchements de cours d’eau avec des impacts sur les écosystèmes associés. Certains de ces phénomènes peuvent être irréversibles. Avec l’augmentation de la fréquence d’inondations, les nappes peuvent être davantage exposées à des pollutions diffuses ou ponctuelles.

En parallèle, les pressions exercées par les activités humaines sur les ressources s’accentuent : pollutions liées à l’agriculture (nitrates, pesticides), à l’industrie (polluants organiques, métaux lourds, nanoparticules) et aux rejets des eaux usées domestiques avec un degré de traitement variable (polluants émergents, bactéries et virus antibio-résistants, résidus médicamenteux, etc.). Une montée en puissance des conflits d’usages intersectoriels et interterritoriaux voire internationaux est à attendre. Enfin, le changement global sera particulièrement marqué sur les zones côtières comme le bassin méditerranéen, et plus généralement dans les pays en développement.

La rivière des Jonquilles, Corrèze

Dans les régions calcaires, les écoulements d'eau se concentrent dans des réseaux karstiques pouvant former de véritables rivières souterraines. Ici, la rivière des Jonquilles s'est creusée un chemin au sein des calcaires jurassiques de la bordure nord-est du Bassin d'Aquitaine (Corrèze, 2018).

© BRGM - Silvain Yart

L'ambition du BRGM

Tous ces facteurs nécessitent des stratégies de gestion durable et de protection des eaux souterraines de plus en plus sophistiquées, à différentes échelles territoriales et intersectorielles. Les politiques d’adaptation au changement global dans le domaine de la ressource en eau se déclinent dans un continuum depuis les objectifs du développement durable des Nations unies jusqu’aux problématiques de bassins versants ou d’aquifères à l’échelle de collectivités.

Cela nécessite une recherche pour suivre ces processus, appuyer les politiques de gestion et soutenir les décisions des pouvoirs publics, collectivités et utilisateurs privés de l’eau souterraine. Une recherche est nécessaire notamment pour permettre des approches robustes de caractérisation, de suivi et de modélisation de comportement des hydrosystèmes, permettant de simuler différents modes d’adaptation au changement climatique en fonction des usages, ou encore la gestion de l’impact des événements extrêmes.

Injection d'un traceur fluorescent

Notre offre de services

Au service des acteurs publics et économiques, en France et à l'international, le BRGM propose des offres de recherches, expertises et prestations, dans ses différents domaines de compétences en géosciences.

Nos résultats et données

La cascade du Dard dans le Jura
Publications scientifiques
Les publications scientifiques du BRGM sont accessibles en ligne, sur la plateforme d'archives ouvertes HAL-BRGM.
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La rivière la Semine et son affluent le Combet, Ain
Rapports publics
Les résultats scientifiques du BRGM sont notamment valorisés à travers ses rapports publics, accessibles sur le portail InfoTerre.
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Vue des plages de la Côte d'Opale
Thèses et post-doctorats
Le co-encadrement de thèses de doctorat constitue un pilier essentiel de l’activité de recherche au BRGM.
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Un trou dans une formation calcaire, Oman

Programme scientifique : Eaux souterraines et changement global

Il existe de nombreux verrous scientifiques pour une gestion durable des eaux souterraines dans un contexte de changement climatique et d’augmentation des pressions anthropique sur la ressource en eau. Cela touche à la compréhension de certains processus de transfert et de transformation des contaminants dans les aquifères, à l’étude des modes de gestion conjointe des ressources superficielles et souterraines (gestion de la recharge des aquifères et gestion active avec optimisation des pompages) et à la gouvernance (institution versus société ; nouveaux modèles économiques ; partage de l’eau, etc.).

L’étude de la recharge des aquifères est une thématique importante, car ils constituent des réservoirs pertinents pour stocker de manière saisonnière l’eau en préservant sa qualité. Ainsi, la ré-infiltration d’eaux pluviales via une réduction de zones imperméabilisées ou des infrastructures dédiées et des eaux usées traitées constituent un enjeu majeur pour la prochaine décennie et au-delà.

Améliorer la compréhension des processus physiques et biogéochimiques du fonctionnement des aquifères à différentes échelles

Il s’agira de pouvoir mieux quantifier le partitionnement des précipitations, entre infiltration et ruissellement à différentes échelles en contexte de changement climatique. Si à l’échelle du bassin versant, des modèles de bilan sont satisfaisants, des avancées sont nécessaires au niveau d’un ensemble de bassins versants, pour lequel une modélisation intégrée est difficilement réalisable. Une qualification des ressources en eaux souterraines en termes de ressources (eaux de recharge) versus réserves (eaux stockées) ainsi qu’une représentation cartographique nouvelle, à partir des référentiels (BDLISA, ADES), sont des composantes essentielles pour apporter des éléments complémentaires afin d’éclairer les politiques publiques, les décideurs.

Il est nécessaire de poursuivre le développement des connaissances relatives aux comportements des contaminants dans l’environnement sur le long terme, leur transport et transformation dans les aquifères, mais aussi au niveau des interfaces avec les eaux de surface (zones humides…). Les applications porteront sur les outils de surveillance, la caractérisation et la traçabilité des ressources, la prévision du risque. La compréhension des processus de transport et transformation permettra d’apporter des éléments pour la mise à jour des programmes de suivi et de mesures pour la protection des ressources en eau en lien avec la directive-cadre sur l’eau, et la directive fille sur les eaux souterraines. La mobilisation de nouvelles plateformes expérimentales du PRIME et O-ZNS du réseau PIVOTS et des observatoires (notamment le réseau piézométrique national de l’IR OZCAR) est indispensable pour atteindre ces objectifs.

Orientations de recherche

  • Développement d’approches d’estimation des ressources – recharge naturelle – des aquifères à différentes échelles spatio-temporelles (régionale à nationale) à partir de données diverses 2D et 3D [géologiques, géophysiques, géochimiques, hydrogéologiques et hydro-climatiques].
  • Caractérisation de l’impact du changement climatique sur les bilans hydro-bio-géochimiques des aquifères [compartiment de la zone critique] et le comportement de contaminants solubles, ainsi que sur la biodiversité microbienne.
  • Compréhension du rôle des hétérogénéités des roches [faciès, diagenèse, fracturation] sur les processus d’écoulement et de transfert, et spatialisation à partir de données géologiques, géophysiques en adressant la question du changement d’échelle.
  • Caractérisation et modélisation de processus de transfert et de transformation physique et biogéochimique des polluants organiques (dont émergents et nanoparticules) dans et vers les aquifères, de l’échelle expérimentale à l’échelle de l’aquifère/bassin versant, à l’aide notamment de méthodes hydrogéophysiques.
  • Développement de méthodes de discrimination des sources de pollution et d’évaluation de la dégradation des masses d’eau (ex. : Non Target Screening, ADN environnemental et biodiversité microbienne des aquifères) et contribuer au développement et au test de capteurs innovants appliqués aux eaux souterraines, en particulier au niveau des plateformes PIVOTS (O-ZNS, PRIME).

Développer des outils de modélisation et d’aide à la gestion des eaux souterraines en conditions extrêmes

Il est nécessaire d’innover sur les systèmes et outils de prévision, afin de pouvoir fournir des éléments compréhensibles aux parties prenantes (impact du changement climatique versus pression anthropique sur la ressource, impact de mesures de protection, d’adaptation, de changement d’occupation du sol sur l’état de la ressource…). L’objectif est de pouvoir alerter précocement afin de pouvoir minimiser les impacts socio-économiques et environnementaux des phénomènes extrêmes. Il s’agira d’améliorer la connaissance sur les causes de la sécheresse/ rareté de l’eau (réduction de recharge, augmentation de prélèvements pour différents usages), sur la prévision des événements et de développer des outils pour l’adaptation au changement climatique (recharge artificielle, réduction des surfaces imperméabilisées, modification de l’occupation du territoire…).

L’ensemble du cycle de l’eau doit être pris en considération, eaux de surface et eaux souterraines, même si l’accent sur le rôle des eaux souterraines lors de ces événements extrêmes sera examiné plus en détail ; des indicateurs de sécheresses spécifiques – eaux souterraines – , d’alerte d’inondation par remontée de nappe, de crues karstiques peuvent être proposés, à partir de données à différentes échelles spatio-temporelles et différents types d’aquifères. Le développement de modèles hydrogéologiques à base physique couplés avec des modèles microéconomiques permettra d’apporter des éléments avec moins d’incertitudes, utiles pour tester l’impact de stratégies d’adaptation, d’une part sur les ressources en eaux souterraines et les écosystèmes et d’autre part sur les usagers du point de vue économique.

Orientations de recherche

  • Développement/adaptation d’outils numériques (maillés, conceptuels, fonctionnels) pour permettre la prévision de l’état des ressources en eau des aquifères et des eaux de surface connectées à l’échelle d’aquifères ou de grands bassins versants, en considérant l’état de surface et de l’occupation des sols pour des termes temporels variés.
  • Exploration d’autres concepts de traitement de données pour analyser la sensibilité des modèles aux paramètres, évaluer les incertitudes dans la chaîne de modélisation et qualifier la robustesse des modèles prédictifs. Ré-analyser des événements passés selon des approches multicritères, statistiques, et d’intelligence artificielle afin d’améliorer et/ou de développer de nouveaux concepts, modèles et outils de prévision et d’aide à la décision.
  • Développement d’indicateurs de sécheresse des eaux souterraines et d’alerte vis-à-vis des crues (karstiques, remontée de nappe, refus à l’infiltration) en contexte actuel et de changement climatique.
  • Développement des modèles hydro-économiques intégrés au service de la décision, permettant d’optimiser les stratégies d’adaptation pour la gestion intégrée des ressources en eau dans le cas de sécheresse et d’inondations.

Développer des solutions fondées sur la nature, des solutions technologiques et de nouveaux modes de gouvernance pour améliorer la gestion intégrée des ressources en eaux souterraines à l’échelle territoriale

La gestion intégrée des ressources en eau, tant du point de vue technologique que du point de vue de la gouvernance à l’échelle des territoires est un objet de recherche en soit. Cela doit combiner des approches technologiques, de solutions basées sur la nature et de sciences économiques. Les enjeux de recherche se concentrent sur la viabilité des options de réutilisation de l’eau ou de gestion de la recharge des aquifères en matière d’évaluation d’impact pour les usagers et les écosystèmes. Avec l’augmentation de périodes de sécheresse en Europe, la gestion de la recharge des aquifères à partir d’eaux de différentes sources est une solution à considérer parmi d’autres à l’échelle d’un territoire. La gestion de la recharge à partir de différentes ressources (eaux de surface, eaux pluviales, eaux traitées) est un processus à étudier dans sa globalité (modalité et contrôle, modélisation long terme, impacts potentiels, etc.).

De nouvelles ressources peuvent être gérées, stockées dans le sous-sol et faire l’objet d’une utilisation pour différents usages, de manière différée, en fonction des conditions climatiques. Le rôle du sous-sol comme barrière et de géomatériaux additionnels en surface peut également s’insérer dans la chaîne de prétraitement d’une eau usée, considérant les processus réactifs dans la Zone non saturée (ZNS).

Orientations de recherche

  • Développement des approches à l’échelle d’un territoire de gestion active des ressources en eau, intégrant les interactions eaux souterraines - eaux de surface, les besoins et les usages, permettant d’atténuer des risques d’inondation et de sécheresse à l’échelle d’un territoire.
  • Compréhension des facteurs déterminant la capacité d’adaptation des agents économiques et la résilience des territoires en contexte de changement global et tests de nouvelles approches couplant modèles prédictifs et méthodes de prospective participative à l’échelle d’un territoire pour explorer des projets de gestion des eaux souterraines en particulier.
  • Conception, simulation et expérimentation de nouveaux modes de gouvernance, incluant des instruments économiques, des cadres institutionnels plus inclusifs, et des technologies innovantes (TIC, économie d’eau, recharge artificielle, solutions fondées sur la nature), permettant de réduire la vulnérabilité économique des usagers de l’eau.
  • Développement d’outils numériques de dimensionnement de systèmes de recharge artificielle pour différents types d’eaux et conception d’approches hydrogéophysiques et analytiques pour assurer leur efficacité et leur durabilité.
  • Développement de barrières réactives innovantes dans des dispositifs de recharge artificielle et en tester de nouveaux à l’échelle du laboratoire et du pilote.