Changement climatique - accentuation de la salinité des eaux souterraines littorales

Cette page fait partie de l'ouvrage intitulé "Impacts à long terme du changement climatique sur le littoral métropolitain" édité sous le numéro 55 d'octobre 2011 dans la collection "Etudes et ducuments" du Commissariat Général au Développement Durable du ministère en charge du Développement durable. Le sommaire et la présentation de l'ouvrage sont disponibles sur WIKHYDRO.

Ce que l’on constate actuellement

Les aquifères côtiers sont plus ou moins sensibles aux intrusions salines en conditions naturelles et sous influence anthropique en fonction de leur structure, leur géométrie et de l’hétérogénéité du milieu. La zone littorale est le point de rencontre entre deux types d’eau souterraine :

• (i) l’eau douce des nappes du continent
  
• (ii) l’eau salée qui imprègne les terrains au voisinage des côtes ou qui pénètre les cours d’eau au niveau des estuaires et peut ainsi donner lieu à des salinisations des eaux souterraines en relation hydraulique avec les eaux de surface.
  

Dans les zones littorales, les aquifères d’eaux souterraines d’eau douce sont en contact avec l’eau salée d’origine marine, qui envahit plus ou moins les formations géologiques côtières. L’eau douce d’une densité moindre que l’eau salée, « flotte » sur l’eau salée. Le niveau piézométrique (altitude ou profondeur de l’interface entre zone saturée et zone non saturée) s’élève vers l’intérieur des terres, de manière générale et en première approximation donnée par  l’équilibre hydrostatique. L’intrusion d’eau salée a la forme d’un biseau plongeant vers l’intérieur des terres, appelé communément le « biseau salé ». Le contact de ces eaux de densité différente est régi par les lois d’équilibre hydrodynamique et par les phénomènes de diffusion qui s’inscrivent obligatoirement dans le contexte géomorphologique, lithologique et hydrologique propre à chaque région. La position de l’interface eau salée/eau douce est de manière générale fonction du rapport de densité de l’eau douce et de l’eau salée, telle que définie par Ghyben Herzberg (Figure 18).
L’exploitation des aquifères littoraux influence considérablement la position et la forme de la zone de contact que constitue l’interface eau douce/eau salée. Réciproquement l’évolution de
cette interface peut nuire à l’exploitation des eaux souterraines côtières, du fait de la dégradation possible (augmentation de la salinité) de la qualité de l’eau prélevée (Figure 19).
En contexte insulaire, la nappe d’eau douce se trouve sous forme de lentille d’eau douce, telle que décrite par la figure 20 selon l’approximation de Ghyben Herzberg.
Pour les aquifères multicouches côtiers, l’hétérogénéité des formations ainsi que les relations hydrauliques entre les différentes formations aquifères conditionnent la position des biseaux salés qui peuvent être multiples. Les formations aquifères en contact avec la mer peuvent être très distantes de la côte (vers le large), et lenticulaires au sein d’une masse sédimentaire de faible perméabilité où les processus de diffusion vont être prédominants.
Il n’y a pas de contact hydraulique direct de type « sortie d’eau douce » au niveau de la mer, ni de biseau salé en dehors des formations du lido [49].

Sur les 5 500 km de côte, on dénombre à l’échelle de la France métropolitaine, 95 aquifères superficiels et 17 aquifères profonds côtiers [50].
Les aquifères côtiers des milieux insulaires des DROM sont de type volcanique, milieu fissuré ou encore carbonaté potentiellement karstique et des aquifères sédimentaires alluviaux.
Parmi les différents aquifères de la France Métropolitaine, on  distingue :

• (i) des aquifères superficielles sédimentaires particulièrement vulnérables vis-à-vis d’une salinisation en cas de surexploitation,
• (ii) des aquifères profonds où la salinisation peut provenir de la drainance des aquifères supérieurs ou par des forages mal conçus ou en mauvais état mettant en communication plusieurs aquifères,
• (iii) les aquifères karstiques des formations carbonatés avec des exutoires en mer ou en zones lagunaires avec des intrusions salines complexes variables dans le temps et l’espace et
• (iv) finalement des aquifères de milieu fissuré avec des intrusions localisées du fait du compartimentage possible du milieu aquifère.

Un état des lieux a été dressé en 1996 à l’échelle de la France métropolitaine [50] ; il est nécessaire de procéder à une mise à jour de ce dernier.
La salinité des aquifères côtiers peut être naturelle comme c’est le cas dans le Nord Pas de Calais et en Picardie dans des zones de très faible altitude, en Bretagne sur l’île de Noirmoutier, en Languedoc Roussillon dans les aquifères superficiels, dans les sources karstiques (ex. Port Miou (13), Fontestramar (66), La Vise (34) et en Camargue).

Les conditions de prélèvement influencent la position de l’interface eau douce/eau salée à l’aplomb des forages en exploitation.
Lorsque la salinisation est d’origine anthropique, la surexploitation des aquifères est la principale raison de la salinité.
Certains secteurs à l’échelle de la France métropolitaine ont été recensés ou identifiés comme comportant un risque :

• (i) zones d’estuaires avec une extension généralisées des venues d’eau salée (ex. zones d’estuaire en Haute Normandie, zone d’estuaire de la Gironde – région de Soulac et de Rochefort),
• (ii) les plaines alluviales du littoral méditerranéen avec des invasions d’eau salée localisée (ex. nappe de la vallée de l’Hérault dans la région d’Agde, nappe de Maugio Lunel en bordure de l’étang de l’Or, nappe de la Crau région d’Arles, nappe de Gapeau (région d’Hyères), nappe de Giscle et Mole (région de Grimaud), nappe d’Argnes (région de Saint Raphaël),
• (iii) nappe côtière de Corse (région de Filitosa) (SDAGE RM&C, 2000),
• (iv) les invasions d’eau salée saisonnières dans les départements du Calvados, de la Manche et aussi dans la nappe du Lias et du Dogger à proximité du Marais Poitevin (Petit, 1996), nappe du Lamentin en Martinique (zones alluviales) [51]. La Grande Terre (Martinique) est un complexe aquifère vulnérable aux intrusions salines, mais pour lequel la position de l’interface eau douce/eau salée n’est pas connue avec exactitude [52].

À Marie Galante, l’aquifère carbonaté reposant sur un substratum volcanique est en équilibre fragile entre l’eau douce et l’eau salée sur le pourtour de l’île [53]. Les aquifères littoraux de la Réunion sont concernés également par des intrusions salines, notamment en particulier sur la partie occidentale de l’île ; les conditions d’exploitation influencent ce processus, particulièrement dans les zones où la pluviométrie est inférieure à 1 m [48].
Les zones littorales sur la façade méditerranéenne sont soumises à des pressions démographiques saisonnières avec des besoins en eau plus importants concentrés sur quelques mois de l’année. Si la recharge a été faible au cours de la période hivernale (automne à printemps), le risque de surexploitation avec possibilité d’intrusions salines et communication entre les aquifères superficiels contaminés et les aquifères profonds et des conflits d’usage d’eau peuvent prendre place.

Ce qui pourrait se passer

Considérant les différents scénarii de changements climatiques ayant pour conséquence des modifications du niveau marin, des précipitations, de la température et donc de la recharge et des débits des cours d’eau côtiers, les conditions aux limites des aquifères côtiers vont être modifiées.
Il ne faut pas oublier l’impact démographique sur les zones littorales en particulier sur la façade méditerranéenne avec une augmentation des prélèvements en eau pour les différents usages
(principalement agriculture et tourisme), de manière saisonnière ou permanente.
Les impacts concerneront d’une part les marais salés et d’autre part les aquifères côtiers.

• Au niveau des marais salés actuels, en particulier sur la façade atlantique, une hausse rapide du niveau de la mer sous l’effet du changement climatique pourrait compromettre l’équilibre
  hydrologique et écologique de ce type de zone d’interface, site d’écosystèmes singuliers, et entraîner la disparition des marais ou les transformer en zone occupée avec d’autres types de végétation et d’écosystèmes associés.
  
• Les modifications climatiques sur les zones littorales (augmentation du niveau marin, des fréquences des surcotes, diminution des débits d’étiage et augmentation plus ou moins marquée des précipitations hivernales) couplées aux changements globaux avec des pressions sur les ressources en eau douce, conduiront probablement à une accentuation de la salinité des
  eaux souterraines de manière locale, à proximité des embouchures où le débit sera moindre et favorisera la propagation de langues salées de la mer dans les cours d’eau, voire plus
  généralisée en fonction des conditions géomorphologiques, hydrogéologiques et hydrodynamiques. Une salinisation de terres inondées de façon temporaire ou permanente aura des
  conséquences sur un appauvrissement des sols.
  

Des incertitudes existent au vu de la complexité des aquifères côtiers, quant à la conséquence d’une augmentation du niveau marin, voire de surcote sur la salinisation des aquifères littoraux, vis-à-vis des autres forçages. Pour comprendre ces changements, il y a besoin d’études complémentaires :

• une synthèse des connaissances actuelles concernant leur sensibilité à l’intrusion saline accompagné d’une mise à jour de la carte de France des aquifères littoraux ;
• une modélisation hydrogéologique diphasique (eau douce/eau salée) sur une sélection d’aquifères côtiers emblématiques en intégrant des scénarios contrastés concernant l’augmentation du niveau marin, les précipitations et les débits si des relations nappe/rivière sont existantes et également la pression démographique. Des analyses de sensibilité des différents forçages seront indispensables pour identifier l’origine prépondérante d’une modification de la salinité des aquifères
  
• côtiers : changement climatique ou changements globaux.
  

Les effets possibles sur les milieux, les territoires littoraux et les activités humaines

Impacts possibles sur les milieux et les territoires
Types de territoires et milieux exposés	Nature des impacts
Zones littorales	Augmentation des intrusions salines des aquifères côtiers Nouvelles lagunes et réduction de la superficie des terres Appauvrissement des sols dû à la salinisation.
Impacts possibles sur les activités humaines
Type d’activité	Impacts
Usages de l’eau	Diminution des eaux douces souterraines pour les différents usages, nécessitant de disposer d’outil de gestion de la ressource intégrant les différents acteurs, localement, en ayant recours soit à des techniques de stockage temporaire de l’eau en aquifère, de recharge artificielle, de réutilisation d’eaux usées traitées, voir le cas échéant d’implanter des usines de dessalement pour les périodes estivales.
Marais salins	Modification des marais salins avec conséquence sur les activités humaines, notamment pour les professionnels exploitant les ressources halieutiques, agricoles, etc. de ces environnements.
Perte de terres	Réduction des terres par submersion temporaire ou permanente

Bibliographie

[48] HOEGH-GULDBERG O., MUMBY P.J., HOOTEN A.J., STENECK R.S., GREENFIELD P., GOMEZ E., HARVELL C.D., SALE P.F., EDWARDS A.J., CALDEIRA K., KNOWLTON N., EAKIN C.M., IGLESIAS-PRIETO R., MUTHIGA N., BRADBURY R.H., DUBI A., HATZIOLOS M.E., “ Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification ”, Science, vol. 318, n° 5857, 2007, pp. 1737-1742.

[49] AUNAY B., Apport de la stratigraphie séquentielle à la gestion et à la modélisation des ressources en eau des aquifères côtiers, Th.: Université Montpellier II, 2007, 414 p. Thèse Université.

[50] PETIT V., Les aquifères littoraux de France métropolitaine, BRGM, 1996, 120 p., RP-39298-FR.

[51] VITTECOQ B., BRUGERON A., LACHASSAGNE P., MATHIEU F., Localisation du biseau salé sur la nappe du Lamentin : apport de la méthode géophysique par panneau électrique, BRGM, 2007, 77 p., RP-55554-FR.

[52] HAMM V., THIERY D., AMRAOUI N., BEZELGUES-COURTADE S., Modélisation hydrodynamique diphasique des écoulements souterrains de Grande-Terre, BRGM, 2007, 128 p., RP-55039-FR.

[53] BEZELGUES S., PETIT V., GOURDOL L., Modélisation des écoulements souterrains de Marie-Galante en régime transitoire (Guadeloupe). BRGM, 2003, 80 p., RP-52675-FR.

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