Les eaux souterraines: captage, exploitation et gestion

I.3.4. Les réservoirs d'eau à la surface du globe

Océans : 97%

Calottes polaires et glaciers : 2,14%

Ainsi, la fonte de l'antarctique correspondrait à une montée des océans de 65m. Cette hauteur serait de 6m pour la fonte des glaces du Groenland et de 2m pour la fonte de tous les autres glaciers^9(*).

Eaux souterraines : 0,61%

Eaux de surface : 0,009%

Lacs salés et mers intérieures : 0,008%

Humidité du sol : 0,0005%

Atmosphère : 0,001%

I.3.5. Nappes d'eau souterraines

a. Origines des eaux souterraines

La plupart des eaux souterraines ont une origine météorique, c'est-à-dire proviennent des précipitations (pluies, neige) et de leur infiltration dans le sous-sol. Dans les aquifères de grande taille, l'eau peut provenir de périodes où le climat était différent et peut donc servir d'indicateur de paléoclimats.

Les eaux connées : les eaux que l'on trouve en profondeur dans la croûte terrestre (à partir de 1 à 2 km) sont dérivées des réservoirs d'eaux météoriques qui ont réagi avec les roches environnantes. Souvent ces eaux sont relativement salées. Les eaux connées peuvent contribuer à l'hydrologie de formations géologiques qui se sont enfouies très récemment (Gulf Coast aux USA) ou bien rester piégées dans des roches dont la perméabilité est très faible et dont toute l'eau n'a pas été expulsée. Souvent cette eau est présente depuis la formation de la roche.

Les eaux juvéniles : Ces eaux sont libérées directement par des processus magmatiques en profondeur. Elles sont difficilement distinguables des eaux situées en profondeur, par exemple l'eau remplissant le forage profond (11 km) dans la péninsule de Kola en Russie. Les processus magmatiques peuvent relâcher en plus de l'eau, des composés gazeux (CO₂ par exemple).

b. Constituants des eaux souterraines10(*)

Les eaux souterraines contiennent des molécules d'eau autour desquelles sont dissous des ions (majeurs, mineurs, et traces), des gaz dissous (oxygène, gaz carbonique) et parfois de la matière organique dissoute. Les origines de ces composants sont diverses et proviennent de sources naturelles ou anthropiques (déchets, activités industrielles, agriculture, mines...). Si certains de ces composants présentent un danger pour la santé humaine et pour l'environnement, ils sont considérés comme des polluants. On classe les eaux selon le degré de pureté et les polluants qu'elles contiennent.

	GRILLE DE QUALITE MULTI-USAGES
Classe 1A	Elle caractérise les eaux exemptes de pollution
Classe 1B	D'une qualité légèrement moindre, ces eaux peuvent néanmoins satisfaire tous les usages.
Classe 2	La qualité est passable : suffisante pour l'irrigation, les usages industriels, la production d'eau potable après un traitement poussé. L'abreuvage des animaux est généralementtoléré. Le poisson y vit normalement mais sa reproduction peut être aléatoire. Les loisirs liés à l'eau y sont possibles lorsqu'ils nécessitent que des contacts exceptionnels avec elle.
Classe 3	La qualité est médiocre : juste après l'irrigation, au refroidissement et à la navigation. La vie piscicole peut subsister dans ces eaux, mais cela est aléatoire en période de faibles débits ou de fortes températures par exemple.
Hors classe	Eaux dépassant la valeur maximale tolérée en classe 3 pour un ou plusieurs paramètres. Elles sont considérées comme inaptes à la plupart des usages et peuvent constituer une menace pour la santé publique et pour l'environnement.

Les particules solidesen suspension entre 1 micron et 1 mm (bactéries, grains, floculats) sont traitées par sédimentation ou par filtration, et les colloïdes (argiles, oxydes, virus) selon la taille des particules, sont éliminés par différentes méthodes de filtration lors de la purification.

Les ions majeurs (~10⁰- 10⁴mg/l) :

Cations majeurs : calcium (Ca²⁺), magnésium (Mg²⁺), sodium (Na⁺), potassium (K⁺).Anions majeurs: chlore (Cl^?), bicarbonate (HCO₃^-), sulfate (SO₄^2-).

Dans les saumures (eaux fortement salées), le strontium (Sr²⁺) et les ions bromures (Br^?-) peuvent aussi avoir des concentrations élevées. Dans les eaux naturelles on trouve aussi de la silice (SiO₃^-2), du fer (Fe²⁺), éventuellement des nitrates (NO₃^?).

Les concentrations de ces ions majeurs sont utilisées pour déterminer le type d'eau, par exemple une eau du type Na-HCO₃ ou Na-Cl. Il n'y a pas de définition rigoureuse de ces types d'eaux, mais on les utilise pour différencier les eaux provenant de réserves différentes telle que les aquifères, les précipitations ou l'eau océanique.

La dureté totale d'une eau est produite par les sels de calcium et de magnésium qu'elle contient. On distingue :

· Une dureté carbonatée qui correspond à la teneur en carbonates et bicarbonates de Ca et Mg.

· Une dureté non-carbonatée produite par les autres sels.

La dureté de l'eau influe essentiellement sur l'état des canalisations et des appareils de chauffage, et sur le lavage du linge. Une eau dure donne des dépôts de tartre dans les canalisations, les bouilloires et chauffe-eau, ainsi que dans les filtres des robinets. D'autre part, ces dépôts carbonatés ont un effet bénéfique en protégeant les conduites de la corrosion. Ces eaux dures pourront être adoucies par le distributeur ou par l'utilisateur (échange d'ions sur résine).

En revanche, une eau trop douce est agressive vis-à-vis des canalisations ; en particulier la corrosion des canalisations en plomb devient dangereuse pour la santé du consommateur. Le traitement se fera ainsi par reminéralisations.

Les sulfates contenus dans les eaux souterraines proviennent de la dissolution du gypse qui est un sulfate de calcium hydraté faiblement soluble (7 g/l dans les conditions normales).

Les ions mineurs (~10^-1- 10¹mg/l):

Alors que les ions majeurs se retrouvent dans la plupart des eaux souterraines, des eaux d'aquifères peuvent avoir des teneurs en ions mineurs différentes. On trouve les ions suivants : nitrates (NO₃^?), ammonium (NH₄⁺), silice (SiO₃^-2), fer (Fe²⁺), manganèse (Mn²⁺), aluminium (Al³⁺), strontium (Sr²⁺), bore (BO₄^3-), bromure (Br^{? -}).

Les Eléments traces (~10^-4- 10^-1mg/l) et gaz dissous :

Les espèces dissoutes à très faible concentration représentent les métaux lourds et composants organiques. Leur concentration est souvent inférieure au mg/l ou même au ug/l.

· Métaux traces (zinc, chrome, cuivre, nickel, arsenic, mercure, cadmium, plomb).

· Traces d'hydrocarbures

Les gaz dissous (méthane, CO₂, oxygène, hydrogène, sulfite) représentent aussi des composants fréquents des eaux souterraines. Ils apportent souvent des informations sur les processus physiques et chimiques qui se produisent dans un aquifère.

* ⁹François R. : Cours d'hydrogéologie, UJF-Grénoble, France, 2002, p.5.

* ¹⁰François R. : Cours d'hydrogéologie, UJF-Grénoble, France, 2002, p.6.