LES RESSOURCES EN EAU

 


1 - LES EAUX SOUTERRAINES

Les eaux auxquelles on peut avoir recours pour l'alimentation publique sont, d'une part, les eaux souterraines, d'autre part, les eaux de surface.
 

 Parmi les eaux souterraines, on trouve :
  - les sources
  - les gisements aquifères souterrains
  - les eaux issues des nappes alluvionnaires

Seuls les sources et les gisements aquifères sont susceptibles, sous certaines conditions, de fournir des eaux  naturellement pures.

On étudie donc en premier ressort les possibilités offertes par ces eaux. Les eaux souterraines sont, en général, d 'autant mieux protégées et, par conséquent, d'autant plus pures qu'elles proviennent de gisements moins proches de la surface. Ceci est vrai principalement qu'une ou plusieurs assises imperméables assurent la protection de leur gisement contre l'introduction directe des eaux polluées de surface. Les pollutions acquises lors du ruissellement de surface seront d'autant mieux éliminées que les eaux, avant leur arrivée dans le gisement, chemineront plus longtemps dans des terrains possédant un bon pouvoir filtrant, comme les assises sableuses par exemple.

Il peut être interessant d'effectuer des capatges dans les nappes alluvionnaires dont les eaux ont, en général, leur individualité propre. Lorsque l'alluvion est composée d'éléments fins, la circulation est lente et la filtration est efficace. Si, de plus, l'alluvion sableuse est recouverte d'alluvions argileuses, la protection des eaux est excellente et on peut dans ces conditions, obtenir à faible profondeur, des eaux de qualité bactériologique parfaite.

L'étude avant captage, porte en premier lieu, sur les ressources offertes par les gisements souterrains. Elle comporte, au premier chef, la connaissance aussi approfondie que possible du périmètre d'alimentation des points d'eau qu'il apparaît possible d'aménager. Cette délimitation est facilitée par l'études géologique préalable de la région, l'établissement des courbes de niveau piézométriques, les expériences susceptibles de renseigner sur la vitesse et le sens de la circulation souterraine, etc ...

Contamination des nappes

Définition par convention, on désignera par :
- pollution : une diminution de la qualité de l'eau provoquée :
- soit par un phénomène naturel ; par exemple eau devenue séléniteuse après avoir percolé à travers une masse de gypse ;
- soit par l'activité humaine "normale"

- contamination : une diminution de la qualité de l'eau provoquée volontairement. La détermination de la vitesse de contamination de la nappe est donc très importante. En fait, on ne pourra connaître qu'un vague ordre de grandeur de ce temps : perméabilité moyenne du terrain, relations entre les nappes, temps d'infiltration, etc...: il faudra donc toujours surveiller de très près la qualité de l'eau dès que la contamination est connue.



Temps de percolation de la zone contaminée vers le captage


On remarque que t<<T, ceci à cause du substratum imperméable de la couche supérieure et le orage A sera contaminé plus tard que la forage B (si le forage A est bien fait : pas de communication avec la nappe supérieure).

Le temps de contamination est calculé à partir de la loi de darcy, mais selon les hypothèses faites sur les qualités hydrogéologiques de l'aquifère (présence ou non de chenaux karstiques par exemple), les résultats peuvent aller de 1000 ans à 10 jours.

On remarquera que pendant ces délais, les contaminations radio-actives ou biologques par béctéries aérobies décroissent ou s'éteigent d'elles-mêmes. Ce n'est pas vrai par contre pour les contaminations chimiques ou par bactéries anaérobies, virus, etc...

En dehors du cas particulier d'injection par l'ennemi d'une contamination dans une nappe, en règle très générale, la contamination sera réalisée en surface. Cette contamination ne pourra atteindre la nappe que si il ya pluie etinfiltration ; il ya donc là un délai supplémentaire entre l'instant de contamination et les premières pluies importantes ; néanmoins, il n'est pas prudent de tenir compte de ces délais, car on n'est jamais sûr qu'une infiltration accidentelle ne peut pas se produire avant les pluies : il peut y avoir infiltration par l'intermédiare de l'activité humaine, arrosage, lavafe, en dehors d'un réseau d'égoûts, etc....




LES SOURCES


Une source est un point d'eau naturel, exutoire d'une nappe aquifère : sauf cas particulier, elle se situe sur la ligne d'intersection entre la surface supérieure (ou surface piézométrique) d'une nappe et la surface topographique.
 
 



 


                                                                           Différents types de source
 

 Une source est pérenne si elle débite toute l'année, même après une longue période de sécheresse.

 La résurgence n'est pas une source. C'est la sortie d'un cours d'eau après un certain parcours souterrain ; ce parcours s'est fait par des chenaux, à vitesse relativement élevée, dans lesquels l'eau pouvait circuler aisément. L'eau n'a pas percolé lentement dans les petits interstices d'une roche qui l'a filtrée, comme cela se passe dans les nappes. Le débit des résurgences est souvent important, l'eau en sort la plupart du temps limpide (Fontaine de vaucluse, source du Loiret), mais elle transporte avec elle les impuretés recueillies en amont. Son utilisation est à éviter.

 L'exurgence est une vraie source en région calcaire karstique ; l'eau provient des eaux de pluie infiltrées en surface et réapparaissant plus bas, dans une vallée.
 
 



Circulation de l'eau en réseau aquifère (cas d'une roche non poreuse à perméabilité de chenaux)

 
 

LES NAPPES D'EAU SOUTERRAINES

 

On appelle nappe l'ensemble de l'eau qui sature les vides d'un terrain, chaque élément étant lié aux autres de façon continue. Il faut ajouter à cette définition le fait qu'une nappe ne mérite ce nom que si elle a une certaine épaisseur et une certaine superficie, sans quoi elle contient trop peu d'eau pour être exploitable ; une nappe de 1 km² de superficie et de 1 mètre d'épaisseur moyenne dans une roche magasin ayant une 1% de porosité efficace ne contient que 10 000 m3 qui ne sont pas tous récupérables.

On distingue deux types de nappes :
-nappes libres : ce sont des nappes dont la surface supérieure est libre de fluctuer en fonction des variations dans l'alimentation qu'elle reçoit ; surface piézométrique et surface supérieure sont alors confondues.
-nappes captives : ce sont des nappes emprisonnées entre deux couches impérméables ; la surface piézométrique est située au-dessus de la surface supérieure : la nappe est sous pression.

Défintion : nappe phréatique : il s'agit de la nappe la plus proche de la surface du sol, dont la surface supérieure est généralement à quelques mètres de profondeur.
 
 



LES NAPPES ALLUVIALES



Généralités

 En règle générale, le fond d'une vallée est sensiblement plat et rempi par des alluvions déposées par la rivière. Avant d'être partiellement comblée par des alluvions, la vallée était plus profonde et correspondait à la limite de la roche en place ou "substratum".
 

 Ces alluvions sont une roche meuble, composée de grains (ou de particules) entassés sans être soudés entre eux. On y trouve par granulométrie décroissante : des roches, des cailloux, des graviers, du gros sable, du sable fin, du limon, de l'argile.
 
 



Coupe transversale d'une plaine alluviale

 

Si les alluvions ne contiennent pas trop de fines, si la vallée est alimentée en eau, et si le substratum est imperméable ou aquifère, une nappe alluviale s'installera dans cette formation perméable.

 Les nappes alluviales présentent un très grand intérêt pour l'alimentation en eau, pour de nombreuses raisons :
 a) les alluvions sont faciles à creuser, même avec des moyens rudimentaires (pelle, pioche et huile de coude)

 b) la nappe est à faible profondeur, quelques mètres, souvent moins.

c) les puits ont de bons débits, dûs à la bonne perméabilité générale des alluvions.

d) l'alimentation de la nappe est très souvent importante, elle draine fréquemment l'eau provenant des nappes adjacentes (non alluviales) ; on peut donc pomper d'importantes quantités d'eau.

e) la minéralisation de l'eau reste en général dans des limites acceptables, les éléments solubles des alluvions ayant déjà été dissous lors de leur dépôt.

f) l'eau a été longuement filtrée à travers les alluvions avant d'être recueillie et les bactéries ont été arrêtées ou sont mortes ; l'eau est saine (sauf en cas de contamination).

Ces nappes présentent également des défauts :
a) leurs alluvions sont très hétérogènes (zones perméables et imperméables).

b) les nappes alluviales sont très sensibles à la pollution et à la contamination qui peuvent provenir :
- soit de la surface des alluvions (ou d'injections dans la nappe) ; en particulier les étangs artificiels consécutifs à l'extraction de  graviers, en contact sur une grande surface avec la nappe, sont d'excellents propagateurs de pollution.
-soit des nappes adjacentes drainées par la nappe alluviale.
-soit de la rivière, si celle-ci est en communication avec la nappe.
 
  Relations entre la nappe alluviale et la rivière

La plupart du temps, une rivière coule dans la vallée partiellement occupée par les alluvions. Quels sont les rapports entre la rivière et la nappe alluviale ? Cette question est particulièrment importante en cas de pollution ou de contamination : la rivière peut-elle polluer la nappe ? Quatre cas peuvent se produire :
 

 1) Rivière et nappe sont relativement indépendantes. Si la rivière (au courant assez lent) colmate son lit avec des "fines", le lit devient pratiquement imperméable ; dans ce cas, évidemment, la rivière ne pollue pas la nappe.
 
 

Colmatage du lit de la rivière

 

2) La nappe alimente la rivière (par des sources ou des suintements dans le lit même de la rivière) ; c'est un cas très fréquent. Dans un puits situé hors de la rivière, le plan d'eau, sans pompage depuis un certain temps, s'établira à une altitude supérieure à celle du plan d'eau de la rivière. La rivière draine la nappe ; dans ce cas également, la rivière ne pollue pas la nappe.
 
 


Alimentation de la rivière par la nappe

 

 3) La rivière alimente la nappe, par des pertes à travers son lit. Dans un puits situé hors de la rivière, le plan d'eau, en l'absence de pompage dans un certain temps s'établira à une altitude inférieure à celle du plan d'eau de la rivière. Celle-ci peut polluer la nappe.
 


                                                                   Alimentation de la nappe par la rivière
 
 
 4) selon les saisons, la rivière colmate et décolmate son lit, et les trois cas précédents peuvent se succéder dans le temps. La rivière peut donc, par moments, polluer la nappe.
 

Alimentation des nappes alluviales

Si le substratum et les versants de la vallée sont imperméables , la nappe alluviale recueille l'eau qui a ruisselé et s'est inflitrée en arrivant sur les alluvions ; elle recueille l'eau qui a ruisselé et s'est inflitrée en arrivant sur les alluvions ; elle recueille également, bien sûr, l'inféroflux arrivant de l'amont dans les alluvions.

Si le substratum de la vallée est perméable et contient une nappe, la nappe alluviale peut être alimentée par celle du substratum ; c'est le cas très général, d'ailleurs favorable puisque l'eau d'une superficie importante est ainsi concentrée et drainée dans des formations lithologiques faciles à creuser. S'il se trouve que la surface piézométrique de la nappe du substratum est plus basse que celle de la nappe alluviale, celle-ci alimentera l'autre et perdra de son eau : mais, au moins en France, ce cas n'est pas fréquent.

 


2 - LES EAUX SUPERFICIELLES
 

Les eaux de surface comprennent les eaux des cours d'eau, lacs, barrages-réservoirs, etc. Elles sont toujours sujettes à des contaminations temporaires ou permanentes. La plupart d'entre-elles ont l'inconvénient d'avoir une température assez variable, élevée pendant la saison chaude. Elles ne peuvent être livrées à la consommation sans traitement préalable.

Lorsqu'il est possible de les capter dans leur gîte naturel en les isolant efficacement, les eaux de source émergeant au niveau des lacs, des rivières, des mers,...etc peuvent convenir pour l'alimentation humaine au même titre et dans les mêmes conditions que les eaux souterraines dont il a été question plus haut.

Lorsu'on est appelé à faire le choix d'une eau pour l'alimentation, on procède d'abord à l'étude des eaux souterraines existant dans la région intéressée, en recherchant les plus pures d'entre elles et l'on a recours aux eaux de surface que si tout autre solution se révèle irréalisable. Entre plusieurs eaux polluées, c'est en principe la moins mauvaise qu'il faut prendre.

On étudie alors les possibilités et les conditions d'utilisation des eaux superficielles.

S'il s'agit d'utiliser l'eau d'un fleuve ou d'une rivière, on s'inquiète de l'existence des localités et des industries placées en bordure de ces cours d'eau, sur une distance suffisante et au moins à 10 km en amont du point où l'on se propose de faire le captage ; on apprécie le volume et le degré de pollution des eaux usées de toute nature que ce fleuve reçoit ; on s'efforce de connaître leurs possibilités d'évolution et de transformation pendant et après le traitement d'épuration.

Dans le cas d'eaux de lacs ou de barrages-réservoirs, en étudiant sur place les courants qui perturbent la décantation, on peut se rendre compte de la façon dont varie la composition de l'eau, du lac ou du barrage-réservoir, en surface et en profondeur, ainsi que la propagation des pollutiosn causées par le déversement des eaux usées des agglomérations riveraines.

Pour mener à bien cette étude, il est indispensable de s'assurer du concours d'un laboratoire capable d'effectuer dans des conditions satisfaisantes, non seulement l'existence des eaux d'alimentation, mais aussi celui des eaux usées et de rivières. Une étude de cette importance doit être confiée à un laboratoire de 1ère catégorie.

L'ensemble des documents résultant des recherches et études préliminaires est utilisé pour établir l'avant-projet de puisage et de production indiquant, en particulier, le thème général d'épuration dont la mise en oeuvre est envisagée.

 


3- REMARQUES
 

Enquête géologique réglementaire

Tout avant-projet établi en vue d'assurer l'alimentation en eau d'une collectivité , quelle qu'elle soit, doit être accompagnée de l'avis d'un géologue officiel. Cette obligation est valable pour les collectivités qui se proposent de créer une adduction d'eau, ainsi que pour celles qui ont décidé de développer, d'augmenter ou de modifier leurs capatages.

Prélèvements et analyses officiels

Les prélèvements et analyses ont pour but de compléter la documentation recueuillie lors des études préliminaires et les observations faites lors de l'enquête hydrogéologique, afin d'obtenir une connaissance aussi précise que possible de l'eau qu'on se propose de distribuer.
Ces opérations doivent être effectuées dans des conditions telles que leurs résultats ne puissent laisser  que le minimum de doutes sur la qualité des eaux destinées à l'alimentation (laboratoires de 1ère catégorie).
Le laboratoire reçoit, en communication, avant la date prévue pour les prélevements, les documents relatifs au choix du point d'eau et à l'exécution du captage, ainsi que le rapport du géologue officiel.
Les prélevements et analyses offciels sont des éléments indispensables à la connaissance d'une eau qui doit être distribuée par la suite. Toutes les facilités doivent donc être données au laboratoire pour que son intervention puisse s'effectuer dans les meilleures conditions.

Les prélevements officiels des eaux d'origine souterraine sont effectués sur l'eau issue du ou des capatages. Ces  opérations ne sont valables que dans la mesure où elles concernent les eaux qui seront effectivement livrées à la consommation, extraites de l'ouvrage dans des conditions aussi proches que possible de celles de l'exploitation prévues au projet. Les prélevements officiels se situent normalement au terme d'une épreuve de pompage ininterrompu d'une durée totale de l'ordre de trente heures ou, tout au moins, à la fin de la dernière journée d'une série de trois journées consécutives de pompage de dix heures dans les conditions susvisées.

Les prélevements offciels d'eaux superficielles destinés à l'alimentation seront effectués sur l'eau brute prélevée au point de puisage projeté et sur l'eau issue de la station de traitement, fonctionnant dans des conditions aussi proches que possibles de celles de l'exploitation et après une période ininterrompue de fonctionnement de l'ordre de 30 heures. Ces prélevements ont pour but de vérifier que la station de traitement est capable d'assurer l'épuration de l'eau dans les conditions prévues au projet. Les conditions de fonctionnement de la station au moment des prélèvements sont indiqués sur le bulletin d'analyse qui précise :

                    - le débit de la station
                    - la nature et la taux des traitements chimiques
                    - la température des eaux avant et après traitement
                    - la température de l'air ambiant, etc...

La qualité d'une eau devant servir à l'alimentation ne peut être établie par les résultats d'une seule analyse. Les prélèvements officiels sont donc effectués au moins à deux époques différentes de l'année, après une période sèche et une période pluvieuse, s'il s'agit d'eaux souterraines ; en période d'étiage et en période de crues, s'il s'agit d'eaux superficielles.