Aquifères :
On distingue trois grands types de terrains selon leurs capacités à laisser passer l’eau :
- les terrains semi-perméables ou l’eau circule très lentement
- les terrains imperméables.
- et les terrains aquifères ou l’eau circule librement.
L’aquifère est un complexe de deux constituants en interactions : le réservoir et l’eau souterraine.
Le réservoir :
Il s’agit d’une formation hydrogéologique perméable permettant l’écoulement significatif d’une nappe d’eau souterraine ou son exploitation par captage. Le réservoir représente la trame solide de la structure de l’aquifère. L’eau souterraine mobile s’emmagasine et circule dans les vides.
La première fonction du réservoir est capacitive. Elle caractérise le stockage ou la libération de l’eau souterraine. Ces deux actions sont groupées sous le terme d’emmagasinement souterrain de l’eau.
Le réservoir est identifié par ses caractéristiques et la genèse de ses vides (pores ou fissures). On établit donc une classification hydrogéologique des réservoirs d’eau souterraine en fonction du type de vides :
- les réservoirs homogènes, à perméabilité d’interstices, constitués de roches meubles ou non consolidées (sable, gravier ou de grès). C’est le cas des nappes alluviales en fond de vallée ou dans les bassins sédimentaires.
- Les réservoirs hétérogènes, à perméabilité de fissures, constitués de roches fissurées ou consolidées (surtout de calcaire mais également de roches volcaniques).
L’eau souterraine :
L’eau souterraine constitue un milieu continu dans le réservoir dont seule une fraction, l’eau gravitaire, est mobile dans l’aquifère.
La configuration des aquifères porte sur les caractéristiques de ses limites géologiques et hydrodynamiques : on parle de conditions aux limites. En simplifiant, on assimile la base de l’aquifère à une formation imperméable (substratum). Pour sa limite supérieure, on distingue trois types :
- hydrodynamique avec fluctuation libre : aquifère à nappe libre ;
- géologique imperméable : aquifère à nappe captive ;
- géologique semi perméable : aquifère à nappe semi-captive.
1. Aquifère à surface libre :
Figure 1: Aquifère à surface libre
Cas représenté sur la Figure 1. Il s'agit de la configuration la plus courante en nappe superficielle. La formation aquifère n’est pas saturée sur toute son épaisseur. Il existe entre la surface de la nappe et la surface du sol une zone de terrain non saturé contenant de l’air. Le niveau supérieur de la nappe est appelé niveau piézométrique, il se trouve toujours sous le niveau du sol.
2. Aquifère à nappe captive :
Figure 2: Aquifère à nappe captive
La formation représentée sur la Figure 2, est un aquifère saturé sur toute son épaisseur ; il est limité vers le haut par une couche imperméable (argile) ou semi-perméable. Le niveau piézométrique, différent de celui de la surface de la nappe et toujours au-dessus de la base de la couche imperméable supérieure, est virtuel tant qu’un forage ou un piézomètre n’a pas atteint l’aquifère au travers de son toit. Un tel forage est appelé forage artésien et si l'eau remonte jusqu'à la surface (niveau piézométrique au-dessus de la surface du sol) on l'appellera forage artésien jaillissant. Il s’écoule naturellement sans pompage.
3. Aquifère à nappe semi-captive ou à drainance :
Figure 3: Principe de fonctionnement d'un aquifère semi-captif
L’importance du mécanisme de drainance, illustré sur la Figure 3, repose sur le fait que des volumes importants d’eau peuvent traverser des horizons imperméables ou semi-perméables lorsque la superficie de cet horizon est grande et qu’il existe une différence de pression de part et d'autres de cet horizon. Ce phénomène permet des échanges importants entre nappes superposées ou sous-jacentes au travers du substratum ou du toit en cas de différence de charge. On parle alors de nappes semi-captives avec substratum et toit semi-perméables.