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 Géologie - Nappe phréatique

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Zébulon
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MessageSujet: Géologie - Nappe phréatique   Ven 30 Nov - 17:19


La nappe phréatique (gr. puisable) est une nappe d'eau que l'on rencontre à faible profondeur. Elle alimente traditionnellement les puits et les sources en eau potable. C'est la nappe la plus exposée à la pollution en provenance de la surface.
 
Par nappe, on entend la partie saturée en eau du sol, c'est-à-dire celle où les interstices entre les grains solides sont entièrement remplis d'eau, ce qui permet à celle-ci de s'écouler. Au-dessus, on peut trouver des terrains non saturés, dans lesquels les interstices contiennent aussi de l'air. Cette couche est appelée la zone non saturée ou encore zone vadose. Il peut suffire d'un petit apport supplémentaire d'eau en provenance de la surface pour faire basculer la couche non saturée à l'état saturé. Si l'épaisseur de cette tranche de terrain est importante, et si la topographie s'y prête, ce mécanisme peut déclencher une inondation par remontée de la nappe phréatique. Ce phénomène a aggravé les crues de la Somme en 2001.
 
Types de nappes


La nappe est dite libre lorsque son  niveau  peut varier sans être bloqué par  une couche  imperméable. Si on crée un  puits dans une  telle nappe, le niveau de  l'eau reste inchangé.  Une nappe perchée  est une nappe libre,  permanente ou  temporaire, formée dans une  zone non  saturée, et qui surmonte une nappe  libre  de plus grande extension. 

Dans le cas contraire, on parle  de nappe captive. Elle est « sous  pression » et  lorsque l'on y ouvre un  puits, l'eau s'élève  jusqu'à un niveau  d'équilibre supérieur. Il  arrive même que  la nappe jaillisse du sol ;  c'est le  phénomène d'artésianisme. Il existe  également les nappes semi-  captives ou à  drainance. Le toit ou le  substratum (parfois  les deux) de l'aquifère sont fréquemment  constitués par des formations semi-  perméables. Lorsque les conditions  hydrodynamiques sont favorables, il peut y avoir échange d'eau avec l'aquifère superposé ou sous-jacent, c'est le phénomène de drainance.
 
Dans certains contextes hydrogéologiques, des nappes communiquent directement avec les cours d'eau (en Hiver le cours-d'eau alimente la nappe et inversement en été).
 
Rabattement de nappe


Un forage permet de repérer le niveau supérieur de la nappe (en) : c'est le niveau piézométrique, niveau au-dessus duquel les interstices de la roche ne sont pas saturés en eau. Les variations de ce niveau renseignent sur le degré de remplissage de la roche-réservoir.
Le pompage d'eau dans une nappe à une vitesse qui dépasse la vitesse de recharge de la nappe entraîne la baisse du niveau de nappe phréatique, appelée rabattement de nappe.
 
Remontées de nappe

Un phénomène courant et source d'importants désordres sous les grandes villes et dans les régions industrielles (Bassin minier du nord de la France par exemple) est que des nappes pompées durant plusieurs décennies ou siècles par l'industrie ou pour des besoins en eau potable on cessé de l'être en raison du recul des besoins industriels ou de la pollution de l'eau n'autorisant plus son usage en eau potable. Il s'ensuit une remontée de nappe source d'inondation et de désordres dans les sous-sols construits à l'époque où le plafond de la nappe avait été artificiellement rabattu.
 
Relation solide/eau dans les milieux poreux
 
Zone saturée

La zone saturée des nappes distingue deux types d'eau :

l'eau liée, liée au solide par des forces électrostatiques et moléculaires, les deux processus étant limités dans l'espace ;
 
l'eau libre, susceptible de se déplacer sous l'effet de la gravité et des gradients de pression.

L'eau liée correspond à :

la couche la plus proche des grains, dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dizaines de molécules (0,1 micromètre) correspond à une orientation des molécules d'eau à structure dipolaire H-OH, perpendiculairement à la surface des grains. Dans cette zone la viscosité de l'eau peut être doublée ou triplée, sa densité est de l'ordre de 1,5 et sa force par unité de surface est de l'ordre de 10 000 bars.
 
la zone de transition entre 0,1 et 0,5 micromètre contient des molécules d'eau qui supportent une attraction non négligeable et sont immobiles.Au-delà, les forces d'attraction sont encore plus modestes, et on parle d'eau libre.
 
Zone non saturée

Contrairement à la zone saturée qui contient deux phases (liquide pour l'eau, solide pour les grains), il y a ici existence d'une troisième phase : l'air. La saturation est alors la part des pores occupée par un type de fluide.

La zone non saturée distingue quatre états en fonction de la saturation du sol en eau :


l'eau funiculaire ou gravifique : dans un sol  presque  saturé en eau, avec quelques bulles  d'air, l'eau peut  s'écouler sous l'influence de la  gravité. 

sol à saturation d'équilibre autrement  appelé sol à  capacité de rétention capillaire : la  phase d'eau est  encore continue mais ne  circule pas sous la  seule  influence de la  gravité. Cela correspond à  l'eau liée  et à l'eau  retenue par capillarité. 
 
l'eau pendulaire : dans un sol faiblement  saturé  en  eau, l'eau entoure les grains et  occupe des  anneaux  discontinus aux points de contact de  ceux-ci. La  phase d'eau est toujours continue, les pressions se  transmettent, mais les mouvements de l'eau sont très lents du fait de la minceur de la pellicule mouillée.

saturation irréductible : si on prélève encore de l'eau (évapotranspiration), on n'obtient plus que l'eau liée. 
 





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