Afin de surveiller le niveau des nappes d’eau souterraine, le BRGM assure le suivi du réseau national piézométrique qui comporte 1650 points de forage. Ces derniers permettent de connaître en temps réel l’état quantitatif des grandes nappes phréatiques exploitées. À partir de ces données, le BRGM édite notamment un bulletin de situation des nappes afin de décrire l’état des nappes d’eau souterraine.
Situation des nappes d’eau souterraine
Les eaux souterraines : la ressource cachée de la France
Schéma sur le cycle de l'eau terrestre.
© BRGM
On estime aujourd'hui à 100 milliards de m3 en moyenne les ressources en eau dans le sous-sol hexagonal. Environ 30 milliards de m3 sont prélevés chaque année pour répondre aux différents besoins.
Les nappes d’eau souterraine sont alimentées par la pluie. Elles se rechargent essentiellement en automne et en hiver.
Le cycle de l'eau et la recharge des nappes
Alors qu'une partie des précipitations s'évacue par ruissellement, le proche sous-sol s'humidifie progressivement. Une partie de ces eaux, plus de 60% en France, est ensuite redistribuée vers l'atmosphère via l'évaporation au niveau des sols et la transpiration des plantes. Le reste s'infiltre plus profondément dans le sous-sol, contribuant à l'alimentation des réservoirs d'eau souterraine et à la "recharge des nappes".
L’eau souterraine : de l’eau contenue dans les roches
Après infiltration de la pluie sous nos pieds, elle circule dans les pores et les fissures des roches, à une vitesse variable : on parle alors d’aquifère (ou de nappe phréatique). Les nappes souterraines ne ressemblent pas à des lacs souterrains.
Un aquifère est à la fois un réservoir capable d’emmagasiner des volumes plus ou moins importants d’eau provenant des pluies infiltrées, et un conducteur permettant les écoulements souterrains et la vidange progressive du réservoir vers des exutoires naturels (les rivières ou la mer).
Transcription
L'eau s'évapore au-dessus de l'océan et forme des nuages. L'eau rejoint alors le sol sous forme de pluie, mais, aussi, parfois, de grêle ou de neige. Une partie de cette eau ruisselle sur le sol. Une autre s'infiltre.
L'eau va traverser la terre végétale. En quelques heures, elle va continuer sa descente en suivant les espaces entre les grains de la roche. Il y a de l'air et de l'eau dans ces vides. La zone est dite non saturée.
Lorsque l'eau rencontre une couche imperméable, elle ne peut plus descendre. Elle va s'accumuler et former une nappe où les espaces vides entre les grains sont entièrement remplis d'eau. C'est la zone saturée. L'eau va s'écouler horizontalement sur cette couche imperméable en se déplaçant de quelques mètres par jour vers le point le plus bas.
Tant qu'il pleut, la nappe se remplit plus vite qu'elle ne se vide et son niveau monte. Quand il ne pleut plus, le niveau baisse. On parle de vidange de la nappe.
A partir du printemps et jusqu'à l'automne, même s'il pleut, l'évaporation par la chaleur et par les plantes va utiliser toute l'eau qui pénètre dans la terre végétale. Cette eau ne descend plus vers la nappe. Au point le plus bas, elle continue à s'écouler dans la rivière. Le niveau de la nappe baisse progressivement durant tout l'été et le débit de la rivière diminue.
L'eau, qui descend à travers une couche poreuse, s'accumule sur la couche imperméable et forme une nappe qui s'écoule horizontalement. Lorsque l'eau passe sous une formation argileuse imperméable, la nappe devient captive. Elle va s'écouler beaucoup plus lentement, mais, surtout, son niveau ne peut plus monter. Il est bloqué vers le haut par la couche imperméable. Dans cette nappe captive, l'eau va donc se trouver sous pression. Si on fait un forage à travers la couche imperméable, l'eau va monter dans le tube. S'il y a assez de pression, elle va même jaillir spontanément à la surface. On dit que le forage est artésien.
Dans la nature, il y a souvent une superposition de plusieurs couches poreuses et imperméables. Elles forment une sorte de millefeuille, comme c'est le cas pour le Bassin aquitain.
Schéma sur les gisements d'eau souterraine.
© BRGM
Quelques définitions
Aquifères et nappes
Les formations géologiques qui contiennent des eaux souterraines exploitables de façon significative sont appelées aquifères. L’aquifère est un contenant, la nappe est son contenu. Les nappes ne sont pas des lacs souterrains comme certains l’imaginent parfois : l’eau qui circule n’occupe que les vides de la roche (pores, fissures, fractures).
Le critère essentiel permettant de distinguer ce qui est aquifère ou non est la perméabilité, paramètre qui quantifie la capacité de la formation géologique à laisser l’eau circuler. Les sables récents (dunes) mais aussi les sables déposés par les mers anciennes du Mésozoïque et du Cénozoïque, sont très poreux et très perméables. Les formations constituées de calcaires et de grès sont aussi très perméables. De telles formations peuvent être exploitées par des forages pouvant débiter plus de 100 m3/h. Dans certaines zones (Causses, Quercy, Jura...), une dissolution importante des calcaires a donné naissance à des karsts, dont certains contiennent de véritables rivières souterraines. De nombreuses sources, exutoires des massifs karstiques, sont exploitées pour l’alimentation en eau potable.
Les roches des domaines de socle (granite, gneiss notamment) sont quant à elles caractérisées par des fissures et des fractures plus ou moins interconnectées. Les débits d’exploitation sont en général de l’ordre de quelques m3/h et dépassent rarement 20 m3/h. Ce niveau de perméabilité est moindre que celui des roches sédimentaires.
Nappes libres ou captives
Parmi les aquifères, on distingue ceux dans lesquels les nappes sont libres de ceux dans lesquels elles sont captives. Dans le premier cas, la surface libre de la nappe n’atteint pas le niveau supérieur de l’aquifère que l’on appelle le toit. Ce toit peut être la surface du sol, auquel cas on parle parfois de nappe phréatique. Dans le second cas, la nappe se trouve prisonnière - captive - sous un toit imperméable. Elle est alors sous pression.
L’aquifère captif des sables verts du Bassin de Paris est dans ce dernier cas. Très connu pour avoir été découvert, exploité et étudié dès le 19ème siècle, il couvre 75 000 km2 et contiendrait 400 milliards de m3 d’eau selon les estimations géologiques. Le précieux liquide s’écoule à la vitesse de 2 mètres par an. Les nappes dites libres sont néanmoins beaucoup plus nombreuses : elles représentent 85% des nappes régionales exploitables.
Deux aquifères, voire plus, peuvent être superposés, séparés par des niveaux peu perméables. On parle alors d’aquifère multicouche. Il peut y avoir des échanges lents mais non négligeables entre les nappes de différents niveaux.
Cyclicité des nappes d'eau souterraine en France hexagonale.
© BRGM
La période de recharge hivernale : six mois décisifs
Le niveau des nappes varie au cours de l’année, entre des niveaux hauts l’hiver (quand la végétation n’absorbe pas l’eau des pluies) et des niveaux bas l’été (période classique de vidange des nappes).
Le devenir d'une pluie est très différent selon la période de l'année et l'état de la surface sur laquelle elle tombe. Traditionnellement, la période de recharge des nappes s'étend du début de l'automne (septembre - octobre) au début du printemps (mars - avril), semestre durant lequel la végétation est en sommeil (avec une évapotranspiration faible) et les précipitations sont en principe plus abondantes. Si l'hiver est sec, la recharge des nappes est très faible.
À partir du printemps et durant l’été, la hausse des températures, la reprise de la végétation, et donc l’augmentation de l’évapotranspiration, limitent l’infiltration des pluies vers les nappes. Entre mai et octobre, sauf événements pluviométriques exceptionnels, la vidange des nappes se poursuit habituellement et les niveaux continuent de baisser jusqu’à l’automne.
Schéma représentant les différents types d’aquifères.
© BRGM - Marylène Imbault
Cyclicité de la recharge des nappes : nappes inertielles et réactives
Les nappes s'écoulent plus ou moins rapidement selon la porosité (pourcentage de vides dans la roche) et la perméabilité (capacité à laisser circuler l’eau – connexion entre ces vides) des aquifères. Plus les vides sont importants, grands et reliés entre eux, plus la nappe s’écoulera vite.
Un même volume d’eau peut parcourir une même distance :
- en quelques années en milieu poreux : l’eau s’écoule dans les interstices de la roche meuble (sables, graviers) ou consolidée (grès, craie).
- en quelques mois en milieu fissuré : l’eau est contenue et circule dans les failles ou les fissures de la roche (roches cristallines - granites, schistes - roches volcaniques, calcaires non karstifiés).
- et en quelques jours, voire quelques heures, en milieu karstique : les eaux ont dissout les fissures et créé des boyaux (karsts des calcaires du Crétacé et du Jurassique).
L'impact de la qualité de la recharge hivernale est différent selon la cyclicité de la nappe, c’est-à-dire sa réactivité à l’infiltration d’une pluie.
Les nappes inertielles (craie, formations tertiaires et formations volcaniques) ont une cyclicité pluriannuelle. Leur inertie, caractérisée par des écoulements lents, leur permet de conserver des niveaux peu dégradés à la sortie d'un hiver caractérisé par une recharge déficitaire.
Au contraire, les nappes réactives à cyclicité annuelle (alluvions, calcaires jurassiques et crétacés, grès triasiques et socle) sont très sensibles au déficit de pluie efficace.
Comment la France surveille ses eaux souterraines
La France dispose de 6500 aquifères, dont 200 aquifères d’importance régionale (superficie entre 1000 et 100 000 km2), abrités par des roches variées.
© BRGM
Connaître les réserves du sous-sol
Malgré la diversité de son sous-sol et les inconnues encore nombreuses, la France possède des bases de données très riches pour la connaissance des réservoirs aquifères du sous-sol. Elles sont aujourd’hui gérées et développées par le BRGM en coopération avec ses partenaires. Environ 6500 nappes de toutes tailles ont été référencées sur le territoire national, dont 200 aquifères d’envergure régionale (de 1000 à 100 000 km2).
Afin de surveiller le niveau des nappes comme il est attendu dans la directive-cadre sur l’eau, le BRGM assure le suivi du réseau national piézométrique qui comporte 1650 points de forage. Ces derniers plongent dans le sous-sol et permettent de connaitre en temps réel l’état quantitatif des grandes nappes phréatiques exploitées, les piézomètres (tubes d'observation du niveau de la nappe) étant pour la plupart équipés d’une technologie particulière (le GRPS) qui transmet les informations à distance. Une à deux fois par an, des techniciens se rendent sur le terrain afin de vérifier manuellement que les données envoyées par le GRPS sont conformes aux niveaux observés sur place.
Surveiller la qualité des eaux souterraines
En outre, le BRGM a fourni un effort considérable ces 15 dernières années afin de coupler l’analyse quantitative des eaux à une analyse qualitative. Le service géologique national intègre ainsi à son réseau de mesures :
- Des outils permettant de relever la température des eaux souterraines et leur conductivité électrique. Le but est ici de mieux cerner le lien entre les eaux étudiées et l’augmentation du niveau marin (avec les intrusions salines), ainsi que les échanges avec les eaux de surface.
- Des outils d'analyse qualitative pour les risques de pollution. En France, entreprises, collectivités ou agences liées à l’eau ont installé au fil du temps pas moins de 75 000 qualitomètres (distincts des piézomètres qui mesurent le niveau des nappes) sur le territoire national. Cette énorme masse d’informations est collectée par le portail ADES, développé et géré par le BRGM. Ses scientifiques s’en servent pour améliorer la compréhension du transport et de la transformation des contaminants dans le sol puis dans les nappes (nitrates, pesticides ou polluants émergents comme les résidus cosmétiques ou les produits phytosanitaires). Ces travaux nécessitent de développer de nouveaux outils permettant par exemple d’effectuer un "balayage" de tous les polluants présents dans l’eau, et donc de mobiliser des moyens à la fois en microbiologie, en hydrophysique, en métrologie, mais aussi dans l’analytique et pour l’expérimentation. Ils permettront notamment d’affiner les cartes de vulnérabilité des eaux souterraines et de prédire l’impact des changements d’occupation du sol ou des mesures de protection sur la qualité des eaux souterraines.
Les sciences de la Terre, essentielles à la gestion quantitative et qualitative de l’eau
Le BRGM s’est penché très tôt sur la question de l’eau. Il développe depuis sa création une expertise aujourd’hui internationalement reconnue en matière de gestion quantitative et qualitative des eaux souterraines. Le BRGM s’appuie sur des compétences solides en matière de connaissance de la structure du sous-sol et de caractérisation des hydrosystèmes (évaluation des ressources, compréhension des transferts des pollutions dans les eaux souterraines).
Connaître pour gérer : l’apport des géosciences
Le caractère « caché » des eaux souterraines et la grande inertie d’une partie de ces réservoirs due à la lenteur des écoulements sont les deux plus grands atouts de cette ressource, garantissant l’accès à une eau de qualité préservée des pollutions de surface. Mais ces avantages ont un revers, la caractérisation des gisements, la compréhension de leur dynamique et leur exploitation sont rendus plus complexes que pour les eaux de surface.
L’apport des géosciences s’avère indispensable dans l’acquisition, l’harmonisation et l’actualisation des données sur les formations géologiques aquifères et les enveloppes protectrices des eaux souterraines. Expert des ressources du sous-sol, le BRGM contribue ainsi à l’évaluation précise des ressources en eau souterraine et au développement d’outils de gestion pour les différents acteurs de l’eau français, comme les agences de l’eau.
FAQ - Questions fréquentes sur la sécheresse et les eaux souterraines
Ressources et bases de données sur l'eau souterraine en France
Le bulletin de situation des nappes du BRGM : une vision statistique sur la durée
Le BRGM, service géologique national, publie 10 fois par an (une fois par mois à l'exception des mois de février et décembre) son bulletin de situation des nappes (ou BSN) qui fait le point sur l’état quantitatif des nappes d'eau souterraine. Ce point de situation compare le mois en cours par rapport aux mêmes mois de l’ensemble de la chronique, soit au minimum 15 ans de données.
En se basant sur les niveaux fournis par les piézomètres du réseau de surveillance national, le BRGM établit des indicateurs de niveau afin de faciliter l’interprétation des données. Quand un forage piézométrique dispose d’un minimum de 15 ans de données, il est jugé apte à établir des moyennes mensuelles et un écart à la moyenne. Telle nappe sera ainsi considérée comme haute ou basse par rapport à la moyenne du même mois sur au moins 15 années. Ladite moyenne évolue elle-même au fil du temps car elle ajoute les niveaux de l’année précédente. Les chroniques les plus anciennes du réseau piézométrique national remontent à plus de 100 ans.
Depuis 2017, le calcul utilisé se base sur l'indicateur piézométrique standardisé (IPS). Il est en cohérence avec l’indicateur standardisé des précipitations développé par Météo-France, ce qui facilite la comparaison de l’état des nappes avec les épisodes climatiques.
Risque sécheresse sur les nappes à enjeux en 2023 - avril 2023.
© BRGM
Prévisions saisonnières et carte du risque sécheresse
Chaque mois, Météo-France produit un bulletin des grandes tendances pour les trois mois à venir. Il ne s’agit pas de prévisions météorologiques destinées à fournir des informations sur le temps attendu en France tel ou tel jour, mais de dégager des tendances probabilistes à l’échelle de l’Europe. Ces prévisions sont utilisées par le BRGM pour réaliser une projection de l’état des nappes, intégrée dans le bulletin mensuel sur l’état des nappes d’eau souterraine.
Le BRGM réalise en outre, depuis 2021, une carte des prévisions saisonnières estivales sur la situation des nappes. L’élaboration de la carte du risque sécheresse repose sur l’état initial des nappes après la période de recharge hivernale, sur des prévisions saisonnières de Météo-France, sur les prévisions saisonnières issues de modèles hydrogéologiques ainsi que sur l’expertise des hydrogéologues régionaux du BRGM.
Le bulletin de situation hydrologique
Le bulletin national de situation hydrologique est constitué d’un ensemble de cartes et de leurs commentaires qui présentent l’évolution mensuelle des ressources en eau. Il décrit la situation quantitative des milieux aquatiques (pluies efficaces, débits des cours d’eau, niveau des nappes d’eau souterraine, état de remplissage des barrages-réservoirs) et fournit une information synthétique sur les arrêtés préfectoraux pris pour limiter les usages de l’eau durant la période d’étiage.
Le BRGM contribue au bulletin national de situation hydrologique pour le volet eaux souterraines.
ADES : le portail national d’accès aux données sur les eaux souterraines en France
Le BRGM a mis en place une base de données et un site internet associé, accessible à l’ensemble des acteurs de l’eau mais aussi au grand public : ADES. Il rassemble les données quantitatives et qualitatives relatives aux eaux souterraines en France hexagonale et dans les départements d’outre-mer, obtenues grâce aux milliers de forages piézométriques français et aux dizaines de milliers d'ouvrages dédiés au suivi de la qualité des eaux souterraines. ADES constitue un outil majeur de communication et d’aide à la gestion pour la surveillance des eaux souterraines en mettant à disposition des données facilement accessibles.
Carte des entités hydrogéologiques affleurantes du Référentiel hydrogéologique BDLISA version 3, classées selon leur nature.
© BRGM
BDLISA : le référentiel hydrogéologique français
Pour faciliter l’accès à la connaissance de l’état des nappes, et permettre une meilleure gestion de la ressource par les services de l’État et les collectivités, le BRGM a conduit 10 ans durant un vaste chantier d’unification des données dans un référentiel évolutif : la Base de Données des Limites des Systèmes Aquifères (BDLISA). Il s’agit du référentiel cartographique du système d’information sur l’eau. Il donne une vision spatiale des grandes masses d’eau souterraine présentes sur le territoire. Son utilisation nécessite une formation, que le BRGM dispense à son siège d’Orléans.
Le référentiel BDLISA peut être utilisé pour définir les nappes à réserver à l’alimentation en eau potable en cas de déficit hydrique, pour identifier les causes d’une inondation en mettant au jour le rôle éventuel des nappes souterraines (débordement de nappes), pour déterminer le risque d’intrusion marine dans les eaux souterraines en zone côtière, ou encore pour étudier la faisabilité technique et économique d’une solution de recharge artificielle.
Page d’accueil du site web MétéEAU Nappes.
© BRGM
MétéEAU Nappes, un outil de suivi en temps réel et de prévision du niveau des nappes
Le BRGM a développé le site internet MétéEAU Nappes qui permet, pour des points de surveillance associés à un modèle hydrologique global, la visualisation en temps réel des données issues des mesures effectuées sur le réseau piézométrique national.
Ces données sont mises à disposition sous forme de cartes et de courbes dynamiques basées sur des travaux de modélisation et de prévision des niveaux des nappes en basses et hautes eaux. Des données météorologiques, hydrologiques et piézométriques sont mises en ligne en temps réel sur plusieurs sites représentatifs de France hexagonale. Associées aux modèles globaux utilisés (Gardénia et Tempo ©BRGM), ces données permettent de prévoir le niveau des nappes. Ces prévisions, lancées sur 6 mois, sont comparées à des seuils piézométriques (exemple : seuils sécheresse issus des arrêtés préfectoraux de restriction d’usage en cours).
MétéEAU Nappes offre un ensemble de services permettant le suivi du comportement actuel et futur des aquifères en France. C’est un véritable outil d’aide à la décision pour la gestion de la ressource en eau dans les territoires à forts enjeux (gestion des étiages, risques d’inondation par remontée de nappe...).
L'eau s'évapore au-dessus de l'océan et forme des nuages. L'eau rejoint alors le sol sous forme de pluie, mais, aussi, parfois, de grêle ou de neige. Une partie de cette eau ruisselle sur le sol. Une autre s'infiltre.