Les nappes d'eau de la craie

Janvier 2004

Qu'est-ce qu'une nappe d'eau ?


Quand la pluie tombe, une partie s'infiltre dans le sol jusqu'à ce qu'elle rencontre une couche géologique imperméable. Immobilisée, l'eau occupe alors les vides présents dans toutes les roches sous forme de pores ou de fissures : elle forme une nappe d'eau souterraine.

Nappe d'eau. (Eau Secours, CRDP de Rouen)

Phréatique : qualifie une nappe d'eau souterraine alimentant des puits et des sources
Les nappes phréatiques ne sont pas immobiles. Un mouvement existe entre les zones d'infiltration, les sources et les rivières. Fortement freiné par l'écoulement dans les roches, ce flux est lent. Alors qu'une rivière s'écoule sous nos yeux à environ un mètre par seconde, il faut à l'eau souterraine un jour à un an pour parcourir cette petite distance.
Du fait de l'ampleur des fronts d'écoulement des nappes, des dizaines de milliards de mètres cubes d'eau présents dans chaque bassin rejoignent ainsi les rivières.

Aquifère : terrain renfermant de l'eau
En France, les ressources d'eau souterraines disponibles sont importantes mais inégalement réparties. Les grands aquifères des bassins sédimentaires ou des vallées alluviales s'opposent aux nappes plus limitées des régions granitiques ou schisteuses.
Les eaux souterraines représentent 60 % des eaux continentales. Leur écoulement est estimé à 12 000 milliards de m3/an, soit 30 % du débit des fleuves. Leur renouvellement total dure 5 000 ans en moyenne.

Nappe de la craie de la Haute-Normandie


Drainage : évacuation de l'eau naturelle par gravité ou artificielle par pompage
Le drainage La nappe de la craie constitue l'aquifère le plus important du bassin parisien. Elle est alimentée par l'eau de pluie qui traverse le sol et s'infiltre dans la craie, roche qui constitue l'essentiel du sous-sol de la Haute-Normandie. étant limité par les couches imperméables d'argiles et de marnes (mélange d'argile et de calcaire), l'eau finit par s'accumuler dans les fissures.
Le "plancher" de la nappe pourrait être comparé à un toit en pente très douce dont les deux pans s'écouleraient, pour l'un vers la Seine, pour l'autre, vers la côte, avec une légère pente descendante des rebords du Pays de Bray vers la pointe du Bec-de-Caux.

La craie


La craie est une roche calcaire qui trouve son origine dans l'accumulation de très nombreux restes de microfossiles d'algues ayant sédimenté au crétacé supérieur. D'épaisseur variable (jusqu'à plusieurs centaines de mètres), la couche crayeuse est recouverte, sur les plateaux, d'une formation superficielle discontinue de limons et d'argile et repose sur une couche argilo-marneuse imperméable bloquant l'écoulement de l'eau vers les niveaux inférieurs.

Comme elle est composée d'éléments accolés les uns aux autres, sans liaison chimique, c'est une roche poreuse, fissurée et perméable, comme le sable. Elle peut être saturée en eau sur une hauteur de 80 m. Elle est friable, mais présente toutefois différents niveaux de dureté qui la rendent plus ou moins sensible à l'érosion et à la dissolution par l'eau de mer ou l'eau de pluie.
Contrairement à des calcaires plus durs, la craie est une roche rare sur l'ensemble de la planète.

Pour atteindre des points de sortie, l'eau tend à se frayer un chemin horizontalement à travers les fissures. Lorsque ces fissures ont été élargies par la dissolution de la craie, l'eau s'écoule en de véritables rivières souterraines complétant le faible réseau hydrographique de surface qui caractérise les régions calcaires.

Le karst, une caractéristique de nos régions calcaires

Karst : ensemble des cavités souterraines de la craie (puits, galeries, salles...)
Bétoire : petite ouverture reliant la surface au karst

En se fissurant, la craie forme des conduits souterrains, les karsts, de plusieurs décimètres de diamètre et d'une longueur pouvant atteindre plusieurs kilomètres.
L'eau du karst provient de l'engouffrement de la pluie dans les bétoires, mais surtout du drainage de la nappe.
La vitesse de circulation de l'eau dans le karst est très élevée : elle varie de quelques dizaines à quelques centaines de mètres par heure.

L'eau dans la craie. (Eau Secours, CRDP de Rouen)

Les autres nappes présentes en Haute-Normandie


Les nappes alluviales : à faible profondeur
Alluvions : matériaux déposés par un cours d'eau, de calibre plus ou moins gros selon la force du courant (galets, graviers, sables...)
Il s'agit de nappes d'accompagnement des rivières. Les alluvions se sont formées par le dépôt de sédiments (sables et graviers) au quaternaire. Ces nappes reposent sur une couche qui peut être aquifère ou imperméable. Leur qualité dépend étroitement de la qualité des rivières. Cela se traduit, dans les zones industrielles, par des eaux trop polluées pour être potables...
Dans le bassin de la Seine, ces alluvions constituent des aquifères complexes et très productifs. Les nappes alluviales sont facile d'accès et ont un débit important, si bien qu'elles fournissent 60 % des eaux souterraines captées en France.

Nappe alluviale. (Eau Secours, CRDP de Rouen)

Les nappes captives : en profondeur
Elles ont pour spécificité d'être recouvertes par une roche imperméable. L'alimentation en eau ne peut se faire que par des zones limitées ou par des communications souterraines. Ces nappes sont souvent très profondes. Elles sont exploitées principalement en Ile-de-France (nappe de l'Albien), par des forages très profonds, alors qu'en Haute-Normandie, où les débits sont très faibles, elles peuvent servir de réserve de secours dans quelques rares cas. Elles sont isolées de la surface par la couche argileuse et par l'épaisse couche de craie, ce qui leur épargne les pollutions venant de la surface.

Des précipitations qui n'atteignent pas toujours la nappe !


Lorsqu'elle tombe sur le sol, l'eau de pluie peut soit retourner directement dans l'atmosphère, soit ruisseler en surface, soit s'infiltrer en profondeur.
· Retour dans l'atmosphère
Une partie de l'eau est évaporée directement et retourne dans l'atmosphère.
Une autre est d'abord absorbée par les végétaux, et ensuite renvoyée dans l'atmosphère par transpiration.
· Ruissellement
Une partie de l'eau de pluie peut également ruisseler en surface pour rejoindre une bétoire, une rivière, et elle finira par regagner l'océan.
· Infiltration
Pluie efficace : eau de pluie qui parvient à la nappe

Une partie des précipitations s'infiltre dans le sol, puis pénètre dans les roches, alimentant ainsi plus ou moins rapidement les nappes phréatiques. Cette fraction constitue les pluies efficaces : ce sont elles qui sont à l'origine de la recharge de la nappe de la craie.

Le cycle de l'eau


Le rechargement des nappes



Comment se rechargent les nappes ?


L'eau de pluie "efficace" s'infiltre dans les sous-sols perméables. Elle circule lentement entre les grains et alimente ainsi la nappe phréatique.
Crue : élévation du niveau d'une nappe en période de pluie
Etiage : niveau moyen le plus bas d'une nappe

En règle général le niveau des nappes phréatiques varie selon la saison :
  • niveau de crue en période de pluie
  • niveau d'étiage en période sèche.




  • Recharge de la nappe. (DIREN Basse-Normandie)

    Puisque l'évaporation due aux végétaux et à la chaleur est relativement constante d'une année sur l'autre, il est évident que ce sont les écarts de pluviométrie annuelle qui entraînent les plus importantes variations de l'alimentation de la nappe.
    Si l'hiver est sec, il n'y a pour ainsi dire pas de recharge.
    A l'inverse, à une bonne recharge hivernale peuvent succéder un printemps et un été chauds et secs qui engendreront alors une sécheresse superficielle du sol et de la végétation, mais pas du réservoir d'eau souterrain.
    Enfin, à un hiver sec, sans recharge de nappes, peut succéder un printemps très humide. Les nappes resteront basses, mais la végétation sera florissante.
    Durant les mois les plus chauds (avril à septembre), les précipitations n'alimentent pas les nappes car la végétation est active et les végétaux renvoient l'équivalent de leur masse en eau dans l'atmosphère. On considère que près des deux tiers des pluies repartent ainsi vers l'atmosphère.

    La recharge de la nappe dépend aussi de la nature du sol et de la topographie.
    Par exemple, lorsque le sol est peu perméable, en raison de pratiques agricoles intensives, l'eau de pluie a tendance à ruisseler et ne s'infiltre pas dans le sol. De même, plus la pente est forte, plus l'eau ruisselle.

    Particularités du cycle de l'eau de la Haute-Normandie


    Globalement, le cycle de l'eau en Haute-Normandie est le même que partout dans le monde. Il se distingue malgré tout du cas général par les modes d'infiltration de l'eau dans le sol. En effet, le sous-sol étant composé essentiellement de craie, l'infiltration de l'eau peut s'effectuer par deux modes très différents :
  • Une infiltration lente, à raison de 0,5 à 1,5 mètre par an, qui se fait à travers les pores de la roche selon son degré de friabilité. Cette infiltration, s'effectue tout au long de l'année avec de petits débits.
  • Une infiltration rapide, à raison de plusieurs dizaines de mètres par heure, dans les karsts reliés à la surface par les bétoires. C'est une infiltration à gros débit qui se produit uniquement au moment des pluies.

  • Alors que ce sont les précipitations d'octobre à décembre qui alimentent la nappe, la période de hautes eaux de la réserve souterraine s'étale d'avril à septembre, mois les plus secs en surface.
    Ce décalage correspond au temps de transfert des pluies efficaces au sein dans la craie. Les basses eaux, d'octobre à décembre, correspondent à l'assèchement de la nappe en l'absence de recharge.

    Sur les plateaux, l'eau de pluie doit d'abord traverser une couche de limon. Cette roche meuble présente une porosité importante, sauf lorsqu'elle est à nu et qu'elle développe une croûte de
    "battance" imperméable, sous l'effet des gouttes heurtant un sol déjà saturé. L'eau, qui ne s'infiltre pas, ruisselle alors en surface.
    L'argile à silex, également présente presque partout, est, elle aussi, plus ou moins perméable selon la quantité de rognons de silex qu'elle contient. Lorsque l'eau atteint la craie sous-jacente, elle continue de s'infiltrer.

    L'influence des activités de l'homme sur la recharge


    L'imperméabilisation des surfaces urbanisées et des voies de communication favorise le ruissellement au détriment de l'alimentation des nappes.
    Mais l'impact le plus important est surtout représenté par les pratiques agricoles intensives, comme l'utilisation des engrais, le matériel d'exploitation, la suppression des haies, le labours des prairies (notamment au profit de la culture du maïs) et le remembrement.

    Qu'est qu'une remontée de nappe ?


    Le niveau des nappes varie de plusieurs mètres chaque année en fonction des apports pluviométriques. Cette variation s'inscrit également dans des cycles d'années humides et d'années sèches. Des inondations par remontées de nappes ont déjà été observées en 1970, 1975, 1982, 1988, 1995 en Haute-Normandie. Elles peuvent être catastrophiques, comme l'a montré le cas de la Somme il y a quelques années.

    Au printemps 2001, le niveau moyen de la nappe de la craie était supérieur aux maxima observés au cours des 30 dernières années, la nappe étant parfois remontée de plus de 20 mètres.
    Ce phénomène s'explique par l'importance des précipitations ayant touché la région depuis décembre 1999.

    A quoi servent les eaux souterraines ?


    En Haute-Normandie, la totalité des besoins en eau potable est satisfaite par la nappe de la craie. On fore le karst, car les débits importants qui y règnent (jusqu'à plus de 100 m3/heure) le rendent particulièrement favorable au captage de l'eau.

    Le circuit de l'eau potable comprend non seulement le captage, le pompage, la purification, le contrôle, la distribution, la protection de l'eau, l'information aux usagers mais aussi l'assainissement (collecte des eaux usées, traitement avant rejet dans le milieu naturel).

    Véritables réservoirs, les eaux souterraines approvisionnent aussi les sources, les fontaines et les rivières.


    Pollution des nappes



    Pollution diffuse


    La pollution des eaux souterraines est un problème qui touche l'ensemble des nappes d'eau en France. Les mécanismes de contamination sont assez bien connus et font apparaître que la situation actuelle est un héritage du passé.

    La pollution par les nitrates
    Ce sont principalement les nitrates apportés par l'agriculture (engrais chimiques) qui sont à l'origine de la pollution diffuse de la nappe. D'ailleurs, les zones les plus touchées sont celles où l'on retrouve la plus forte activité agricole.


    Pollution des eaux du karst. (Eau Secours, CRDP de Rouen)

    Lorsque les nitrates sont en excès dans les sols nus en hiver, ils sont lessivés par les eaux de pluie, et s'infiltrent lentement dans le sol. La vitesse de propagation des nitrates en direction des nappes dépend des conditions climatiques, de la couverture végétale, et de la nature de la roche. Les nitrates répandus aujourd'hui se retrouveront dans les nappes dans 10, 20 ou 30 ans !
    La gravité de la pollution dépend des caractéristiques du sous-sol : dans le cas de la nappe de la craie, une craie peu fissuré, ou une nappe profonde, entraîne une pollution plus faible aujourd'hui... mais qui augmentera inévitablement dans les années à venir. C'est une pollution à effet-retard.

    L'Union européenne a élaboré en 1991 la Directive Nitrates, qui impose aux Etats la désignation des zones les plus polluées par les nitrates. En Haute-Normandie, l'ensemble des deux départements est reconnu zone vulnérable depuis 2003. Les agriculteurs doivent modifier leurs pratiques culturales, notamment en apportant la dose minimum d'engrais nécessaire aux cultures, en réduisant les surfaces agricoles laissées nues en hiver (qui sont trop favorable au lessivage des nitrates). Ils peuvent aussi cultiver des engrais verts (moutarde, phacélie...) qui fixent les reliquats de nitrates présents dans le sol.

    Pollution par les produits phytosanitaires
    Utilisés pour lutter contre les êtres vivants qui nuisent aux cultures, les pesticides sont très importants par leur diversité, leurs applications et leur nocivité.
    Ils gagnent les eaux souterraines en suivant les mêmes voies que les nitrates. Ces polluant apparaissent de façon inquiétante dans les eaux souterraines et demeurent particulièrement persistants dans la nature. Les pesticides les plus fréquemment détectés dans les eaux souterraines sont les herbicides de la famille des triazines, maintenant interdits en France.

    Pollution ponctuelle et accidentelle des eaux souterraines


    Par opposition au mode diffus, la pollution ponctuelle se manifeste par des épisodes limités dans le temps et concernant des zones restreintes.

    Turbidité et risque chimique


    Une forte pluie sur un sol saturé en eau provoque un ruissellement en surface qui s'écoule vers les bétoires alimentant le karst.
    L'eau qui ruisselle emporte sur son chemin des particules argileuses, arrachées aux sols, et de nombreuses substances indésirables (bactéries, produits toxiques, déchets industriels et ménagers...) qui s'engouffrent dans les bétoires.
    Les sources de pollution sont très diverses : décharges sauvages dans les bétoires, rejets d'eaux usées, écoulements provenant des fermes, eaux de drainage, eaux de ruissellement des routes, accidents routiers, ferroviaires, ou industriels, incendies d'usine...
    Turbidité : état de l'eau trouble qui apparaît par épisodes brefs de décembre à mars et résulte du ruissellement déclenché par les pluies d'hiver sur les sols nus ou peu couverts par la végétation.

    Lorsque l'eau du karst est captée pour alimenter le réseau d'eau potable, elle est alors chargée en particules polluantes. Pour l'usager, c'est souvent malheureusement l'assurance d'une eau trouble au robinet.
    On parle alors de turbidité. Après le début d'un épisode pluvieux, on note une turbidité au bout d'environ 8 heures.

    Heureusement, les eaux prélevées dans le karst ne manifestent pas toutes ce phénomène de turbidité. De plus, les conduits karstiques ne sont pas tous reliés à des bétoires. Dans ce cas, l'eau qu'ils contiennent provient uniquement de la nappe et sa qualité reste bonne. Par ailleurs, certaines unités de distribution disposent d'un système de filtration.

    Cette pollution découle d'une association de plusieurs facteurs :
  • la nature calcaire du sous-sol permettant l'engouffrement rapide des eaux de ruissellement vers le karst
  • les grandes surfaces agricoles laissées à nu, en automne ou en hiver
  • la battance naturelle des sols
  • la suppression des haies et des fossés favorisant l'érosion des sols et le ruissellement d'eaux chargées d'argile et de limon vers les points d'engouffrement rapide
  • la pluviométrie importante sur un sol saturé en eau provoquant le ruissellement vers les bétoires

  • Risque bactériologique


    Le temps de circulation de l'eau dans le sous-sol est trop bref pour qu'une épuration naturelle par les micro-organismes puisse se produire. Autrement dit, tout ce qui pénètre avec l'eau de ruissellement au niveau de la bétoire se retrouve intégralement dans le captage ! Ce risque est maximum pendant les périodes de fortes pluies où l'eau peut être contaminée par des protozoaires parasites, des bactéries pathogènes et des virus, à l'origine de gastroentérites. Le risque bactériologique est principalement causé par des comportements individuels notamment l'insuffisance des dispositifs d'assainissement autonome et les rejets sauvages d'eaux usées. C'est pour cette raison qu'il est difficile de le combattre. L'information du public reste le moyen le plus efficace de lutte contre la pollution ponctuelle.

    Suivi des eaux souterraines

    Suivi piézométrique : mesure du niveau de la nappe tout au long de l'année

    Compte tenu de l'importance de cette ressource, c'est le Service géologique régional BRGM de Haute-Normandie qui assure le suivi piézométrique de la nappe de la craie.
    Le relevé des niveaux piézométriques permet, d'une part, d'étudier l'état de la recharge des nappes phréatiques, mais aussi d'anticiper les débordements de certaines sources, les risques de remontée de nappe subaffleurante dans certains fonds de vallées et les crues durables de rivières.
    Ce suivi est réalisé en enregistrant les fluctuations du niveau des aquifères d'eau souterraine par l'intermédiaire de 66 puits ou forage disséminés sur la région. Les résultats de ces mesures sont diffusés mensuellement.


    Adresses utiles



    AGENCE DE L'EAU SEINE NORMANDIE
    Délégation régionale de Haute-Normandie
    Imm Camaïeu
    4 rue Grand-Feu
    BP 1174
    76176 ROUEN CEDEX
    Tél. : 02 35 63 61 30
    Site : http://www.eau-seine-normandie.fr

    AGENCE DE L'EAU SEINE-NORMANDIE
    51, rue Salvador Allende
    92027 NANTERRE CEDEX
    Tél : 01 41 20 16 00 / Fax : 01 41 20 16 09

    AGENCE REGIONALE DE L'ENVIRONNEMENT DE HAUTE-NORMANDIE (AREHN)
    8 allée Daniel-Lavallée
    76000 ROUEN
    Tél. : 02 35 15 78 00 / Fax : 02 35 15 78 20
    Site : http://www.arehn.asso.fr

    ASSOCIATION REGIONALE POUR L'ETUDE ET L'AMELIORATION DES SOLS (AREAS)
    2 Avenue Foch
    76460 SAINT-VALERY-EN-CAUX
    Tél. : 02 35 97 25 12 / Fax : 02 35 97 25 73

    BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES (BRGM) - Antenne régionale
    Parc de la Vatine
    10 Rue Sakharov
    76130 MONT SAINT AIGNAN
    Tél. : 02 35 60 12 00 / Fax : 02 35 60 80 07
    Site : http://infoterre.brgm.fr

    BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES (BRGM)
    3 av Claude Guillemin
    BP 6009
    45100 ORLEANS CEDEX 2
    Tél. : 02 38 64 34 34 / Fax : 02 38 64 35 18
    Site : http://www.brgm.fr

    CENTRE NORMAND D'ETUDE DU KARST ET DES CAVITES DU SOUS-SOL
    BP131
    76501 ELBEUF CEDEX
    Tél. : 02 35 62 93 44 / Fax : 02 35 76 16 80

    CHAMBRE D'AGRICULTURE DE LA SEINE-MARITIME
    Cité de l'agriculture
    Chemin de la Brétèque
    76230 BOIS GUILLAUME
    Tél. : 02 35 59 47 47 / Fax : 02 35 60 25 71
    Site : http://www.seine-maritime.chambagri.fr

    CHAMBRE D'AGRICULTURE DE L'EURE
    5 rue de la Petite Cité
    BP 882
    27009 EVREUX CEDEX
    Tél. : 02 32 78 80 00 / Fax : 02 32 78 80 01
    Mél : accueil@eure.chambagri.fr

    CORPEN
    (Comité d'orientation pour la réduction de la pollution des eaux par les nitrates, les phosphates et les produits phytosanitaires provenant des activités agricoles)
    Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement
    20, avenue de Ségur
    75302 PARIS 07 SP
    Tél. : 01 42 19 20 21 / Fax : 01 42 19 12 93

    DIRECTION DEPARTEMENTALE ET REGIONALE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET (DDAF 76)
    Cité administrative
    2 rue Saint-Sever
    76032 ROUEN CEDEX
    Tél. : 02 36 58 56 93

    DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET (DDAF 27)
    Cité administrative
    Boulevard Georges Chauvin
    27023 EVREUX CEDEX
    Tél. : 02 24 87 50

    DIRECTION DEPARTEMENTALE DES AFFAIRES SANITAIRES ET SOCIALES (DDASS 76)
    31 rue Malouet
    76100 ROUEN
    Tél. : 02 32 18 32 18 / Fax : 02 32 18 32 32

    DIRECTION DEPARTEMENTALE DES AFFAIRES SANITAIRES ET SOCIALES (DDASS 27)
    Boulevard Georges Chauvin
    27032 EVREUX CEDEX
    Tél. : 02 32 78 29 29 / Fax : 02 32 78 29 23

    LABORATOIRE DE GEOLOGIE
    Université de Rouen
    UFR sciences & techniques
    Bd Maurice de Broglie
    BP 118
    76134 MONT-SAINT-AIGNAN Cedex
    Tel. : 02 35 14 60 00 / Fax. : 02 35 14 63 49

    Bibliographie



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