INF Nappes Phréatiques _données techniques essentielles

8/14/2019 INF Nappes Phratiques _donnes techniques essentielles

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Nappes phratiques http://www.pensifs.com/sciences/geologie/nappes-phreatiques.php

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PENSIFS.COMLESITEQUIVOUSLAISSESONGEUR

SOMMAIREDELARUBRIQUE GEOLOGIE

PAGES GOLOGIE: DIVERS1.FORMATIONDEL'HYDROSPHRE2.ORIGINEETRLEDELAGOTHERMIE3.ELECTRO-MAGNTISME4.Page actuelle: Nappes phratiques5.

NAPPESPHRATIQUES

DFINITIONSOMMAIREDECEQUESONTLESNAPPESPHRATIQUESETDEQUELQUESMOYENSD'YCAPTERDEL'EAU.

1. FACTEURSD'INFILTRATION1. A) CLIMAT1. B) VGTATION1. C) POROSITDUSOL1. D) PERMABILITDUSOL

1. E) CASPARTICULIER: LESRSEAUXKARSTIQUES2. TYPESDENAPPES3. ETUDED'UNENAPPE4. FORAGES

4. A) FORAGEAUBATTAGE4. B) FORAGE ROTARY4. C) FORAGEDEPETITDIAMTRE

4. C) 1 - A L'HUILEDEBRAS4. C) 2 - AUMARTEAUPIQUEUR4. C) 3 - MARTLEMENT4. C) 4 - INJECTIONDEBOUE

1. Facteurs d'infiltration

1. a) Climat

La pluviosit, mesure en millimtres d'eau par an, compte beaucoup mais ce n'est pas le seul facteur prendreen compte.

Les pluies fines et tranquilles typiques de la faade atlantique (le crachin breton) sont mieux absorbes que lesprcipitations orageuses et concentres des pourtours mditerranens.

Une pluie survenant aprs une longue scheresse s'infiltrera moins facilement, car l'air contenu dans les pores, l'intrieur du sol, forme une couche impermable.

L'vaporation peut faire partir une majorit de l'eau arrive au sol. Elle dpend de la temprature et del'ensoleillement.

1. b) Vgtation

La vgtation absorbe l'eau et l'vapore, et on peut en dduire que la quantit d'eau infiltre va en ptir. Or il n'enest rien, et la preuve en est que le dbroussaillement a un effet ngatif sur le volume des eauxsouterraines. Ceci est d ce que que les plantes modrent la pluie par leurs feuilles, ralentissent leruissellement par leur humus et diminuentl'vaporation en protgeant le sol des rayons solaires. De plus, elles

augmentent la condensation.

L'infiltration sera donc plus importante, en dfinitive, sur un sol cultiv ou bois que sur un sol nu.

1. c) Porosit du sol

Pour que l'eau constitue des rserves souterraines, il faut que le sol prsente une certaine capacit d'absorptionet de rtention.

La porosit se mesure au pourcentage du volume des vides sur le volume total d'un chantillon de sol.Le volume des vides est valu selon : V vides = V total - (poids sec / densit en kg par litre)

Les roches les plus poreuses sont celles meubles dont la taille des grains est la plus homogne . Parcontre, celles htrognes ou cimentes sont moins poreuses. Ceci est vident concernant celles cimentes:elles sont hermtiques. Quant aux roches htrognes, leur manque de porosit est d ce que les grains lesplus fins tendent entrer dans les vides laisss par les plus gros.

Ceci tant, il ne suffit pas qu'une roche soit meuble et homogne. Ainsi, par exemple, les argiles sontpresque impermables. En effet, si - comme dans l'argile - les grains sont trs petits, la part d'eau de rtentiongrandit jusque reprsenter la quasi totalit de l'eau.


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D'o la notion de porosit efficace: pourcentage du volume d'eau libre par rapport au volume total de roche.Ce pourcentage est infrieur ou gal la porosit totale, prcdemment nonce.

La mesure de la porosit efficace se fait par volume d'eau circulant en 24 heures, rapport au volumetotal de la roche. Cette porosit efficace est troitement lie la taille des grains. C'est pourquoi la porositefficace est la plus grande dans les sables et dans les graviers alors qu'elle est trs faible dans les argiles.

L'eau de rtention est celle qui est retenue par des forces lies la tension superficielle de l'eau.Elle se divise en:

eau hygroscopique: impossible extraire. Retenue par adsorption la surface des grains, sur unepaisseur de 0,1 micron (millime de millimtre);eau pelliculaire: eau qui se dplace la surface des grains, sur une paisseur d'environ 1 micron. Lesracines parviennent l'extraire;eau capillaire: eau soumise des forces de tension superficielle dans les canalicules qui relient les pores;une partie de cette eau capillaire est suspendue: elle est captive et ne peut pas suivre la nappe. Onl'englobe dans les eaux de rtention.

En dfinitive, l'eau souterraine que nous pouvons puiser est la partie dite continue de l'eau capillaire, laquelle onpeut ajouter l'eau dite gravitaire, qui ne se dplace que selon les forces de gravit (son poids).

Lors de leur infiltration, les molcules d'eau vont saturer les terrains traverss en eau pelliculaire et capillaireavant d'arriver la nappe aquifre. Ceci se manifeste par un retard l'alimentation: temps de latence entre lemoment o il pleut et celui o la nappe remonte. Ce temps peut varier entre plusieurs jours et plusieurs mois,selon la profondeur de l'aquifre et le niveau de scheresse.

L'infiltration efficace est rduite en temps de scheresse. Les plantes, notamment, ont contribu asscherle sol. Ainsi, si la nappe accuse un dficit de 50 mm il faudra un apport atmosphrique largement suprieur pourque ce dficit soit combl.

1. d) Permabilit du sol

Permabilit: vitesse laquelle le terrain laisse passer l'eau sous pression atmosphrique.

La permabilit est donc troitement lie la porosit efficace.Elle est cependant dfinie autrement: en centimtres par seconde.

Un Darcy est la permabilit d'un terrain laisser passer 1 cm3 d'eau par seconde travers une section de 1 cm2, sous une pression d'une atmosphre et 20C.

Sachant qu'une anne compte peu prs 31,6 millions de secondes, un Darcy quivaut une vitesse de 316kilomtres par an. Le Darcy semble donc une unit uniquement adapte aux terrains les plus permables: lessables et les graviers, qui valent de 100 Darcys un dix-millime de Darcy. Soit: de 31.600 km 31,6 mtrespar an.

Terrains semi-permables : de 0,000.1 0,000.000.001 Darcys. Sables trs fins, sables argileux et silts.

Les mouvements de l'eau dans le sol sont donc, en gnral, d'une lenteur saisissante vis--vis de ceux de l'eaude surface. Ceci prsente l'avantage de rendre les eaux souterraines insensibles aux variations saisonnires, etde garantir leur filtration ... Pour autant que le sol, par lequel elles passent, ne soit pas gorg (aux abords desporcheries bretonnes, par exemple) de substances toxiques, telles que les nitrates.

1. e) Cas particulier: les rseaux karstiques

Les massifs calcaires, tels que les causses du Massif Central, forment des roches compactes porositefficace presque nulle, qui se caractrisent donc par leur scheresse. Mme sous des pluviosits de l'ordrede 2.000 mm par an, elles absorbent l'eau, ne permettent qu' une maigre steppe de se dvelopper et sont

parfois exemptes de toute eau de surface.


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Ceci cache l'infiltration de l'eau travers des fissures. Celles-ci peuvent s'agrandir considrablement, voireindfiniment (formation de gouffres) tant donn qu'il s'agit de roches solubles, fortement exposes par ailleursaux pluies acides. Elles forment des rseaux hydrauliques souterrains: les rseaux karstiques, qu'il est difficiled'exploiter. Sur de tels terrains, un forage peut aussi bien dboucher sur un terrain totalement sec que sur unerivire souterraine, dont le dbit varie de faon simultane (absence de rserves) avec la pluviomtrie.

2. Types de nappesNappe aquifre: zone du sous-sol occupe par un terrain poreux permable entirement gorg d'eau.

Cette zone affleure l o l'eau s'est infiltre. Elle se trouve au-dessus d'un niveau impermable.

Nappe libre: partie de la nappe aquifre expose l'air (surface d'affleurement).

Nappe phratique: partie suprieure d'une nappe libre. Phras signifie puit en grec.Les nappes libres sont facilement atteintes par les puits domestiques, dont le niveau d'eau signale le niveau

pizomtrique, qui dlimite le sommet de la nappe libre.

Le niveau pizomtrique n'est pas parfaitement horizontal. Comme le niveau d'un cours d'eau, il est de plus enplus bas dans la direction du sens d'coulement de l'eau. L'angle ainsi form est d'autant plus fort - nouveau,comme dans les cours d'eau - que la vitesse du courant (qui traverse la nappe) est leve.

Les mesures de niveaux pizomtriques (synonyme : niveaux statiques) permettent l'tablissement de cartespizomtriques d'o on tire des informations sur le sens d'coulement de l'eau ainsi que sur leur dbit.

Nappe captive: partie de la nappe recouverte par une couche impermable qui maintient l'eau sous pression, desorte qu'elle coule dsormais en-dessous de son niveau pizomtrique. Des ouvrages de captage sont possiblespour extraire l'eau de l'aquifre. Si le niveau pizomtrique est au-dessus de la surface de captage, la nappedevient artsienne.

Les sources se trouvent l o le niveau pizomtrique croise la surface du sol. On en distingue deuxsortes de sources.


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Source d'affleurement : lieu o la nappe captive se termine, en contre-bas de son parcours, dbouchant ensurface. Eventuellement artsienne.

Source de thalweg : valle situe sous le niveau pizomtrique. La valle draine l'coulement de l'eau

souterraine.Contrairement aux sources d'affleurement, les sources de thalweg peuvent tre taries alors quel'aquifre coule toujours. En effet, il suffit, pour qu'elles soient taries, que le niveau pizomtrique ait baiss.

3. Etude d'une nappeOn peut tudier l'tat actuel de la nappe, ses fluctuations saisonnires et ses ventuelles variations au cours dutemps ainsi que son chimisme et sa potabilit.

Pour l'tablissement de la carte pizomtrique, on procde par mesures de niveaux sur les ouvrages decaptage. Ceci met en vidence le sens gnral d'coulement, perpendiculaire aux lignes dites isopizes,ainsi que l'intensit de ce courant.

Il faudra comparer une carte obtenue en basses eaux et en hautes eaux (souvent en dbut de printemps) afin demesurer l'adquation entre les dbits saisonniers et les volumes qu'on souhaite extraire.

POURLECALCULDESDIFFRENTSPARAMTRESHYDRAULIQUES, ONRALISEDESESSAISDEPOMPAGEETONENMESURELESCONSQUENCES.

On pompe dbit constant puis on mesure la descente du niveau dans le puit ainsi que dans des ouvragesvoisins, dits pizomtres. Plus ils sont loin plus la descente de niveau doit y tre faible. A un moment, le niveaude descente maximal (pour un dbit donn de pompage) est atteint : ceci indique le rabattement maximalcorrespondant au dbit d'exploitation.


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On arrte alors le pompage. Ceci se traduit par une remonte du niveau d'eau jusqu'au niveau pizomtriqueinitial.

Les courbes de descente et de remonte, l'importance du rabattement par rapport au dbit, lesractions des pizomtres, permettent partir de formules empiriques et d'abaques de calculer:

le coefficient de permabilit;le rayon d'action du pompage;l'importance de l'alimentation.

4. Forages

4. a) Forage au battage

Ce procd ancien est connu depuis l'Antiquit.

Un outil en forme de lame ou de burin est soulev de plusieurs mtres puis retombe brutalement sur lefond rocheux, qu'il dsagrge progressivement. Aprs quelques mtres d'avancement il faut dblayer puisenfoncer un tubage pour maintenir les parois.

Encore faut-il disposer d'un tubage adapt et du matriel assorti pour envoyer et remonter, srement etrapidement, le personnel charg du dblayage.

Il est recommand aussi de laisser au personnel le temps de remonter avant de relancer le burin ...

Cette technique permet - parat-il - d'atteindre des profondeurs de plusieurs centaines de mtres un moindrecot.

4. b) Forage Rotary

Cette technique est relativement rcente: elle est utilise depuis le dbut du vingtime sicle. Elle a depuis lorst considrablement amliore avec l'volution des techniques ptrolires.

On peut ainsi avancer plusieurs mtres par heure jusque 12.000 mtres.

L'outil de perforation est un trpan : tricne ou couronne diamante. Il est plac l'extrmit d'un train de tigescreuses, entraines depuis la surface par des moteurs.


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Un trpan vid au centre permet l'extraction de carottes de terrain.

Le poids des tubes est soutenu par un palan qui maintient sur la tte d'outil la pression ncessaire l'avancement.

On injecte de la boue sous pression dans les tiges creuses. Elle remonte dans l'espace annulairepriphrique en entranant les dblais grce la densit et la viscosit de la boue avec pouravantages supplmentaires de stabiliser les parois par un dpt d'enduit argileux. Ceci permet d'avancersans tubage, et empche les ventuels fluides rencontrs de couler dans le conduit tant donn le maintien d'uneforte pression.

Un tubage en acier est plac lorsqu'on rencontre des terrains instables ou des cavits importantes qui nuisent la circulation de la boue. Autrement, ce tubage n'est plac qu'en fin d'opration si l'objectif atteint s'avrerentable.

Des techniques spciales permettent d'enregistrer la variation de certains paramtres physiques, fournissantdes donnes lithologiques extrmement prcises qu'on peut confronter avec les rsultats des dblais ou descarottes.

4. c) Forage de petit diamtre

Aprs tout, si on souhaite juste se fournir en eau pour un usage personnel, on peut se contenter d'un tuyau dequelques centimtres de diamtre.

4. c) 1 - A l'huile de bras

Si on n'a pas froid aux yeux, qu'on est dot d'un moral en acier et de biceps en bton, on peut se servir d'unetarire comme indiqu dans le schma ci-dessous.


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On doit commencer par creuser une premire cavit d'environ 30 cm l'aide d'un pic. Seulement alors,introduire la tarire.

Au fur et mesure qu'elle pntre:- la soulever intervalles rguliers pour enlever les dchets;- ajouter des segments la tige.

Rien ne sera plus dplaisant que d'arriver sur une portion rocheuse infranchissable, car il faudra toutrecommencer un autre endroit.

Une fois l'eau atteinte, on installe des tuyaux en ciment et on installe une prise d'eau.

4. c) 2 - Au marteau piqueurDes foreuses main existent. D'une puissance de quelques milliers de watts, elles permettent de creuser destrous d'une soixantaine de mtres. Outre la puissance de la foreuse, la qualit de la mche est d'une importancedterminante. Le mieux serait de se doter de mches pointes en diamant, surtout si on bute sur des rochesdures et compactes.

L'usage d'une pompe eau s'impose tant donn que les forces de friction qui sont en jeu pourraient endommagerl'appareillage par la chaleur dgage.

4. c) 3 - Martlement

C'est une version en petites dimensions du forage au battage, susmentionn.

Le tuyau est directement martel dans le sol, non sans en avoir protg le bout de sorte qu'il ne soit pasdmoli. Ceci risquerait de survenir puisqu'on compte sur une lourde masse pour enfoncer le tout, intervallesrguliers et l'aide d'une poulie comme on le voit dans la figure ci-dessous.

L'avantage est que, pour vrifier la prsence de l'eau, il suffira de temps autre de faire passer dans le tuyau une

corde leste, de la laisser quelque temps au fond puis de la remonter pour voir si elle est mouille.Si ce test s'avre positif, il sera prudent d'enfoncer le tuyau d'une demi-douzaine de mtres afin d'tre sr de


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disposer d'un approvisonnement suffisant.

4. c) 4 - Injection de boue

C'est une version en petites dimensions du forage Rotary, susmentionn.

On reprend le schma prcdent sauf qu'on compte sur de l'eau sous pression pour faire le travailqu'on devrait autrement, raliser mcaniquement. Ceci permettra d'aller plus loin: 100 mtres plutt qu'unecinquantaine, et d'obtenir un puit de diamtre plus consquent, de l'ordre de 30 centimtres.

Par contre, le tuyau doit souvent tre pivot afin que le puit creus reste bien vertical.

La boue qui ressort est garde. Elle servira d'enduit pour le coffrage qui sera fait autour de l'orifice du puit.

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