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Le Rhône en 100 questions : 8-01 Quelles sont les caractéristiques des eaux souterraines d’une plaine alluviale ?

De Wikhydro
le rhone en 100 questions multi579
Cette page fait partie du deuxième chapitre: "Le fonctionnement du fleuve", de l'ouvrage '"Le Rhône en 100 questions'", une initiative de la ZABR avec l'appui de toute l'équipe du Graie et soutenue par les instances qui ont en charge la gestion du fleuve.











Une rivière, un fleuve en fond de vallée ne sont que la partie visible des eaux qui s’écoulent. Un volume d’eau important circule dans les terrains alluvionnaires d’une vallée, souvent connecté au cours d’eau dont l’étiage est soutenu par cet apport. C’est une ressource utilisée pour l’eau potable et l’irrigation qu’il faut absolument préserver.

Sommaire


Qu’est ce qu’un aquifère ?


la plaine de bievre valloire
Un aquifère est un milieu solide contenant de l’eau pouvant circuler de façon naturelle ou être mobilisée de façon artificielle (pompage). La présence d’une nappe d’eau souterraine dans le sous-sol est révélée par le recoupement d’un plan d’eau lors du forage de puits ou par la présence de sources. L’eau souterraine circule aisément lorsque le milieu qui la contient est suffisamment perméable.
Dans les aquifères, la zone « saturée » est l’ensemble du milieu solide et de l’eau. L’aquifère est suffisamment conducteur d’eau souterraine pour permettre l’écoulement d’une nappe souterraine et le captage de quantités d’eau appréciables. Au-dessus de la zone saturée, l’aquifère peut comporter une zone « non saturée » où la présence d’eau peut être épisodique (au cours de la saison pluvieuse par exemple).
En France, le stock d’eau souterraine est évalué à 1 000 milliards de m3 contre seulement 7 milliards de m3 pour celui des eaux de surface (lacs et barrages). L’apport des pluies efficaces (pluies totales – évapotranspiration) est évalué à 170 milliards de m3/an dont 70 milliards de m3 contribuent au ruissellement de surface et 100 milliards de m3 à l’écoulement souterrain retardé. Ce sont ces eaux qui alimentent les aquifères. Le pompage pour l’alimentation, l’eau potable et l’irrigation sont les principales utilisations de l’eau souterraine.


Quels types de nappes trouve-t-on le long du Rhône ? En quoi sont-elles différentes ?


On distingue différents types de nappes en fonction de la nature géologique des aquifères qui les contiennent : les aquifères de socle, les aquifères karstiques, les aquifères alluviaux que l’on rencontre tout au long de la vallée du Rhône.
Le long du Rhône ce sont les nappes libres des aquifères alluviaux qui sont les plus fréquentes.

Elles ont été formées par le dépôt des alluvions du fleuve. Les nappes alluviales sont plutôt constituées de galets, de sables et de graviers. Il s’agit d’aquifères homogènes ou continus à perméabilité d’interstices.
D’autres types d’aquifères sont hétérogènes ou discontinus à perméabilité de fissures (calcaires karstifiés, roches volcaniques, granitiques ou gréseuses) dans lesquelles l’eau circule. Les formations molassiques constituent un aquifère très important pour toute la vallée du Rhône. La nappe est de bonne qualité dans la partie sud de ces formations (Bas-Dauphiné) et assure un soutien au débit d’étiage des cours d’eau et des nappes plus récentes. Quand elles sont faiblement perméables, leur exploitation est assez limitée.

La vitesse d’écoulement des eaux souterraines est variable : 0,5 à 2 km/an (1 à 5 m/jour) pour les nappes d’alluvions des grandes vallées comme le Rhône, 30 à 300 km/an (100 à 1 000 m/jour) pour les nappes d’alluvions grossières des vallées alpines, un à plusieurs dizaines de kilomètres par jour pour les aquifères karstiques.


schema de fonctionnement d une nappe
Un exemple de nappe importante pour la contribution à l’alimentation en eau du Rhône : la plaine alluviale de Bièvre-Valloire. Dans la région du Bas-Dauphiné à mi-distance entre Lyon et Valence, le bassin de Bièvre-Valloire constitue une vaste dépression orientée Est-Ouest, entre la cluse de l’Isère et le Rhône. L’absence de cours d’eau important sur ce bassin d’environ 650 km2 indique que les eaux superficielles s’infiltrent et alimentent un aquifère important qui affleure en émergences (fontaines de Manthes et Beaurepaire) et dont l’exutoire final est constitué par la nappe alluviale du Rhône sur la commune de Saint-Rambert-d’Albon (26), à quelques kilomètres au sud de Péage-de-Roussillon (38).
Les dépôts fluvio-glaciaires constituent le magasin aquifère. Il s’agit d’un aquifère à surface libre qui joue aussi un rôle de drain vis-à-vis des formations molassiques, elles aussi aquifères, dans lesquelles s’inscrit la plaine. L’épaisseur de l’aquifère varie entre 20 et 30 m sous la haute terrasse de la Plaine du Liers à l’amont et peut atteindre 40 m dans la plaine de Bièvre. L’écoulement de la nappe s’effectue d’Est en Ouest, suivant un gradient moyen relativement important de 5,5 %. La valeur de perméabilité des alluvions les plus récentes et à granulométrie grossière est élevée et de l’ordre de 10-2 m/s. Cette nappe représente une des contributions les plus importantes au Rhône (2,5 à 3,5 m3/s) sur l’ensemble du bassin.


Quelles sont les relations entre la nappe alluviale et le fleuve, pendant la période de hautes eaux et pendant la période de basses eaux (étiage) ?


Les nappes alluviales peuvent se comporter vis-à-vis du fleuve comme :

  •  un milieu d’écoulement préférentiel vers la surface ;
  •  un milieu perméable connecté à la rivière, pouvant accueillir une partie de l’eau du fleuve (par infiltration en entrée de méandre par exemple) ;
  • une combinaison des deux.

En période de basses eaux, le fleuve draine la nappe qui contribue à soutenir son débit d’étiage ; en hiver lorsque le niveau d’eau dans la rivière est plus élevé, c’est le fleuve qui alimente la nappe.


Comment détecter la présence d’une nappe et la caractériser ?


La prospection des aquifères alluviaux est réalisée par différentes méthodes :

  •  reconnaissance géologique du réservoir aquifère : sondages mécaniques, géophysiques électriques ou sismiques ;
  •  étude du fonctionnement hydrodynamique : essais par pompage dans un puits ou une nappe permettant de tester les caractéristiques de l’aquifère telle que sa transmissivité (perméabilité multipliée par son épaisseur) et sa porosité, suivi du niveau piézométrique de la nappe, étude de la qualité des eaux de la nappe (naturelle et influencée) ;
  • étude des vitesses d’écoulement et des temps de renouvellement à l’aide de traceurs ;
  • modélisation pour simuler les écoulements.
effet d un pompage d eau souterraine sur le niveau piezometrique de la nappe
Quelques exemples de nappes le long du Rhône. Entre le lac Léman et la mer Méditerranée, le cours du Rhône est morcelé en une succession de biefs connectés avec les nappes alluviales qui peuvent alimenter ou drainer le fleuve selon les conditions
hydrogéologiques. Latéralement d’autres nappes plus ou moins importantes sont connectées directement au fleuve ou à la nappe alluviale du Rhône et contribuent à l’alimentation du fleuve. Le débit du fleuve est dépendant des débits des affluents qui l’alimentent mais aussi des apports depuis ces aquifères, qui ont un rôle important pour le soutien du débit du cours d’eau à l’étiage.
Au débouché du lac Léman, le fleuve a creusé son lit dans une vallée alluviale constituée de molasses et de moraines d’origine glaciaire après le passage en cluses au travers des chaînons du Jura.
À l’amont de Lyon, le fleuve s’encaisse entre la Dombes et les dépôts fluvio-glaciaires de la plaine de l’Est lyonnais. Le substratum molassique est creusé par des vallées remplies de dépôts fluvio-glaciaires perméables. L’écoulement des nappes s’effectue d’Est en Ouest en direction du Rhône dans l’agglomération lyonnaise.
Entre Lyon et Valence, la vallée du Rhône est dissymétrique ; elle est bordée à l’est par les formations fluvio-glaciaires du Bas-Dauphiné. Le cours d’eau est encore en équilibre avec une nappe proche de la surface. En rive gauche, on trouve une succession de petits bassins comprenant des nappes alluviales plus ou moins développées. La contribution des apports issus des nappes des formations aquifères molassiques y est également marquée. Enfin, au sud d’Orange, se superposent plusieurs nappes d’eau souterraine.


Ce qu’il faut retenir


Un aquifère est un milieu dans lequel les eaux souterraines peuvent circuler.
Le sens de circulation des eaux souterraines dépend des conditions de pente des formations géologiques qui les contiennent et des connexions possibles avec d’autres éléments de l’hydrosystème (fleuves, lacs, étangs) qui peuvent apporter de l’eau aux nappes ou en sous-tirer (alimentation ou drainage). Les nappes les plus fréquentes le long du Rhône sont les nappes libres.

Les volumes d’eau souterraine dépendent des conditions climatiques et plus particulièrement de la pluviométrie.
Les nappes d’eau souterraine réagissent à ces conditions moins rapidement que les eaux superficielles.




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