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Quelques repères

Nappe, lac ou rivière souterraine, mythe ou réalité

Quand on vous parle de nappe d’eau souterraine, vous vous représentez une rivière ou un lac souterrain ? Et bien sachez qu’en fait, ce mode de gisement de l’eau est plutôt rare. Mais il est normal que cette représentation nous vienne à l’esprit car ce sont les seules images nous permettant de visualiser de l’eau dans le sous-sol, grâce aux spéléologues.

On rencontre les rivières ou les lacs souterrains dans certains massifs calcaires (dits karstiques) avec la création de cavités parfois visitables. Comme c’est le seul endroit où l’eau souterraine soit visible, ce sont ces images que nous avons tous en tête.

En réalité, dans plus de 95% des cas, l’eau souterraine imprègne toutes les cavités d’une roche et forme une nappe. Les cavités dans lesquelles circule l’eau sont minuscules, parfois microscopiques.

S’il vous est arrivé un jour de creuser un trou dans le sable d’une plage et que vous y avez trouvé de l’eau au fond, eau qui vous a d’ailleurs empêché d’aller plus loin car le fond du trou s’effondrait sur lui-même, vous avez atteint une nappe, qui peut être était salée d’ailleurs.

Vous avez dit phréatique ?

Quand on évoque les eaux souterraines, notamment en période de sécheresse, on nous parle de nappes phréatiques, en associant systématiquement l’adjectif « phréatique » au mot nappe.

Alors question : toutes les nappes d’eau souterraine sont-elles phréatiques ? La réponse est non ! Loin de là, en particulier en Gironde. Phréatique a pour origine « phréar » (φρέαρ) qui signifie puits en grec ancien. La nappe phréatique est donc la nappe des puits, la première nappe que l’on rencontre sous le sol. Par puits, imaginez les ouvrages creusés à la main, avant la mécanisation du travail de puisatier. Mais vous pouvez avoir d’autres nappes sous la nappe phréatique, plus en profondeur. En Gironde, il peut localement exister jusqu’à 8 nappes sous la nappe phréatique, accessibles de quelques dizaines à mètres à plus d’1 km de profondeur. On ne va pas y chercher l’eau avec des puits, mais avec des forages. Proches du sol, et très sensibles aux aléas climatiques, les nappes phréatiques sont souvent les premières à s’assécher. Mais toutes les nappes loin de là, ne sont pas phréatiques. C’est d’ailleurs pourquoi on parle de nappes profondes. Et pour compliquer les choses, une même nappe peut être phréatique à un endroit, mais profonde un peu plus loin, car surmontée par une autre nappe, elle-même phréatique localement !

L’âge des roches et l’âge de l’eau

Les roches qui composent notre sous-sol peuvent être très âgées, jusqu’à plusieurs centaines de millions d’années. L’eau qui circule dans ces roches est parfois très âgée, surtout en profondeur, mais nettement moins que les roches.

Sous la ville de Bordeaux, les roches de l’Eocène sont âgées de 33 à 65 millions d’années. L’eau de la nappe Eocène, qui circule aujourd’hui dans ces roches, n’a « que » 20 000 ans. C’est l’époque préhistorique durant laquelle est tombée l’eau de pluie qui se trouve désormais 300 mètres sous nos pieds à la verticale de Bordeaux. Cet âge très important pourrait laisser penser que cette eau est fossile mais il n’en est rien car elle se renouvelle en permanence bien que très lentement.

L’eau et l’électricité

A l’inverse de l’électricité, l’eau ne coûte pas cher à produire, même l’eau potable. En revanche, elle est très chère à transporter (enterrer des canalisations coûte bien plus cher que de construire des pylônes et poser des câbles). Le coût élevé du transport de l’eau explique que l’on privilégie l’exploitation de ressources proches des zones de consommation.

C’est d’ailleurs l’une des raisons qui a fait le succès des nappes profondes de Gironde : où que vous soyez dans le département, si vous faites un forage suffisamment profond, vous trouverez de l’eau, quasiment toujours d’excellente qualité.

Notions sur l’eau souterraine

La rivière souterraine ou le lac souterrain, concepts qui habitent l’imaginaire collectif, sont très rares dans la nature. Les rivières ou les lacs souterrains se rencontrent dans certains massifs calcaires (dits karstiques) avec la création de cavités parfois visitables.

Quoi qu’il en soit, l’eau souterraine occupe les vides dans la roche, quelle que soit la taille de ces vides. Et dans plus de 95% des cas, l’eau souterraine se rencontre sous forme de nappe au sein de roches poreuses. Elle en remplit toutes les cavités dont les dimensions peuvent être microscopiques.

Qu’est-ce qu’une nappe ?

L’eau des nappes souterraines occupe les vides des roches (porosité) qui représentent une proportion notable du volume de ces roches (de quelques % à plus de 20%). Elle a pour origine l’eau de pluie qui s’est infiltrée dans le sol jusqu’à ces roches.

Pour qu’une nappe d’eau existe il faut :

    • une roche réservoir, c’est-à-dire une roche dans laquelle il y a des espaces vides connectés (pas de simples « bulles ») où l’eau peut circuler ;
    • une alimentation en eau ponctuelle ou continue par la surface ou par une autre nappe.

Il existe deux types de nappes :

    • les nappes libres où la pression de l’eau, à la surface de la nappe, s’équilibre avec la pression atmosphérique. C’est le cas lorsque la roche réservoir est en surface. Les nappes phréatiques sont souvent des nappes libres ;
    • les nappes captives où l’eau est sous pression. C’est le cas lorsque la roche réservoir est surmontée d’une couche imperméable et que niveau d’eau ne peut pas dépasser le haut du réservoir, l’eau se met alors sous pression. La pression peut parfois être suffisante pour que l’eau jaillisse naturellement en surface dans un forage atteignant cette nappe.

Les nappes profondes sont presque toujours captives sur la quasi-totalité de leur aire d’extension.

Quelques notions d’hydraulique souterraine

La circulation et le renouvellement de l’eau dans les nappes varient selon la nature du réservoir et le type de nappe (libre ou captive).

Dans les aquifères karstiques, l’eau peut parfois circuler à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par jour dans des fissures ou des conduits parfois de grandes dimensions (systèmes accessibles aux spéléologues). Ce cas mis à part, l’eau circule en sous-sol, d’un point à un autre de la même couche, à la vitesse de quelques mètres par an (et parfois moins).

L’âge de l’eau au sein d’une nappe dépend de la vitesse de circulation de l’eau et du volume stocké dans la nappe. Cet âge peut aller de quelques années pour une nappe de surface, à plusieurs dizaines de milliers d’années pour une nappe profonde.

Comme il est impossible de mesurer directement le débit d’une nappe entre deux points, celui-ci est calculé à partir de mesures des pressions de l’eau en différents points (niveau piézométrique) et de la perméabilité mesurée ou estimée des roches. A partir des mesures des pressions en de nombreux forages, il est possible de tracer une carte de la surface de la nappe qui met en évidence les sens et les directions d’écoulement. La comparaison des cartes pour des années différentes permet d’apprécier l’évolution des réserves en eau.

L’âge de l’eau souterraine en gironde

Les roches qui composent le sous-sol sont très anciennes. Elles peuvent dater de plusieurs centaines de millions d’années. Par exemple, sous la ville de Bordeaux, les roches de l’Eocène sont âgées de 33 à 65 millions d’années. L’eau de la nappe qui circule dans ces roches, quant à elle, est âgée d’environ 20 000 ans. Cet âge correspond à la fin des dernières glaciations.

L’eau des nappes profondes de Gironde circule globalement des contreforts du Massif Central vers l’océan, son exutoire. Il y a une vingtaine de milliers d’années, à la fin des dernières glaciations, la circulation de l’eau dans les nappes profondes était bien plus intense et rapide qu’aujourd’hui pour deux raisons :

    • l’alimentation des nappes est alors très forte car l’infiltration est assurée par d’intenses précipitations qui s’ajoutent aux eaux issues de la fonte des glaces ;
    • le niveau de l’océan, dans lequel se jettent ces nappes, est alors beaucoup plus bas qu’aujourd’hui, environ 150 mètres plus bas.

Beaucoup d’eau qui veut rentrer d’un côté, pas de freins aux écoulements sortant de l’autre, la vitesse d’écoulement des eaux souterraines n’a jamais été aussi élevée et le renouvellement des nappes profondes aussi rapide.

Actuellement les entrées d’eau sont bien moindres : elles sont uniquement assurées par l’infiltration d’eau de pluie, en grande partie sur les contreforts du Massif Central. Par ailleurs, les sorties sont limitées par une pression plus forte des eaux de l’océan, dont le niveau est monté de plus de 100 mètres avec la fonte des glaces. La circulation de l’eau dans les nappes est par conséquent beaucoup plus lente que du temps de l’homme de Cro-Magnon, et cette lenteur explique que l’eau soit si âgée, au point de laisser penser qu’elle est fossile, alors qu’elle se renouvelle bien.

Aperçu rapide de la géologie

de l’Aquitaine et de la Gironde

Inséré entre les contreforts du Massif Central et les Pyrénées, ouvert sur l’Atlantique, le Bassin Aquitain est constitué d’empilements de couches perméables de grès ou de calcaires alternant avec des argiles ou des marnes imperméables. Dans ce système, les couches les plus anciennes affleurent à l’Est et au Nord et sont recouvertes par les couches plus récentes qui s’épaississent et s’approfondissent vers l’Ouest pour s’étendre largement à plus de 50 kilomètres au large de la côte girondine.

Ces terrains appartiennent à des formations géologiques déposées durant 250 millions d’années. Pendant cette très longue période, les conditions physiques, climatiques et les reliefs qui régnaient sur le bassin ont évolué, modifiant sans cesse la nature des dépôts de sédiments qui constituent aujourd’hui le sous-sol aquitain. Les changements les plus notables sont sans doute les variations du niveau de la mer.

De manière schématique, la variation du niveau des mers au cours des temps géologiques, et le déplacement des lignes de côte qui en résulte, expliquent l’existence de couches horizontales d’argiles imperméables encadrées par des terrains alternativement continentaux et sableux, d’une part, calcaires et marins d’autre part.

Les formations géologiques déposées à une période donnée, dans des conditions de dépôt parfois différentes, se voient attribuer le même nom qui est celui de l’étage géologique correspondant à cette période. On trouve ainsi sous le même nom, Eocène par exemple, des ensembles parfois fort complexes dans le détail quant à la nature des roches et à leurs propriétés physiques vis-à-vis des eaux souterraines.

Si les couches géologiques superposées se sont déposées en plateaux, elles n’en sont pas moins affectées de déformations de type plis ou failles qui favorisent leur remontée vers la surface ou leur enfoncement en profondeur. Ces nombreuses irrégularités géométriques ont bien entendu des effets sur le fonctionnement des nappes souterraines.

L’architecture du sous-sol est connue par de multiples sondages et décrite dans de nombreuses études et synthèses. Malgré toutes ces études, nous ne pouvons pas prétendre à une connaissance parfaite de notre sous-sol, loin de là. Il faut donc accepter une certaine imprécision dans le détail, et la possibilité de surprises lors d’investigations dans des secteurs peu ou pas prospectés.

Les ressources en eau du

département de la Gironde et les usages

La Gironde est un département très richement doté en ressources en eau : fleuve, estuaire, rivières, lacs, plans d’eau, nappes phréatiques et nappes profondes. Si l’on excepte les prélèvements de la centrale nucléaire du Blayais pour son refroidissement, les besoins du département s’établissent, tous usages confondus, à environ 300 millions de mètres cubes d’eau par an.

Ces volumes sont issus :

  • pour moitié des eaux superficielles et des nappes phréatiques (première nappe sous le sol),
  • pour moitié des nappes profondes concernées par le SAGE.

A l’inverse des autres ressources en eau, et en dehors des zones où elles affleurent, les nappes profondes sont préservées des pollutions superficielles par les couches géologiques imperméables qui les isolent et les maintiennent sous pression. Leurs eaux, âgées de plusieurs milliers d’années, sont ainsi naturellement d’excellente qualité. Les nappes profondes représentent des volumes d’eau très importants (plusieurs centaines de milliards de mètres cube pour le département de la Gironde) et se renouvellent lentement (de quelques dizaines de millions de mètres cube par an). Ce renouvellement très lent, qui explique la stabilité de leur composition chimique, est assuré par des échanges avec les nappes qui les encadrent, dont les eaux sont aussi très âgées, ou par infiltration des eaux de pluies sur des zones d’affleurement d’extensions très limitées.

Du point de vue sanitaire, la qualité des eaux des nappes profondes et leur très faible vulnérabilité aux pollutions sont des atouts indéniables pour la production d’eau potable.

Plus des 3/4 des prélèvements dans les nappes profondes sont ainsi destinés à l’alimentations en eau potable.

Alors que l’eau souterraine, y compris des nappes phréatiques, représente en moyenne moins de 60% de l’eau potable à l’échelle nationale, les nappes profondes fournissent 97% de l’eau potable du département, ce qui signifie que tous les girondins ont à leur robinet de l’eau issue, au moins pour partie, de ces ressources très bien protégées.

Alors que les nappes profondes sont plus que largement en capacité de satisfaire tous les besoins en eau, la concentration des prélèvements dans certains secteurs à forte densité de population soumet ces ressources à des pressions locales trop importantes.

Origine et usages des 300 millions de mètres cube d’eau prélevés chaque année en Gironde

histoire du bassin aquitain

La gestion

des nappes profondes de la Gironde

Compte tenu des enjeux liés à leur préservation et à leurs usages, en premier lieu l’alimentation en eau potable des populations, les nappes profondes de Gironde font l’objet d’un suivi particulier depuis plus de 65 ans.

Par précaution, les connaissances scientifiques étant insuffisantes pour juger de leur éventuelle surexploitation, ces nappes ont fait l’objet d’une réglementation spécifique dès 1959 avec application du Décret-Loi de 1935 qui soumettait à autorisation préalable la réalisation de tout forage de plus de 60 mètres de profondeur.

C’est en 1996, à l’occasion de l’élaboration d’un schéma directeur départemental d’alimentation en eau, porté par le Conseil général de la Gironde et la Communauté urbaine de Bordeaux, avec le soutien de l’Agence de l’eau Adour Garonne, que les craintes exprimées par la faculté des sciences de Bordeaux en 1956 sont confirmées : certaines nappes profondes de Gironde sont localement surexploitées.

Outre la création du SMEGREG, la décision sera prise d’élaborer un Schéma d’aménagement et de Gestion des eaux (SAGE) pour les nappes profondes de Gironde.

En 2003, deux mois après l’abrogation de l’obligation de solliciter une autorisation avant réalisation d’un forage de plus de 60 mètres, le SAGE est approuvé par arrêté préfectoral.

La gestion des nappes profondes est désormais encadrée par ce schéma. En 2005, les conditions d’accès aux ressources et les procédures relatives aux prélèvements correspondants sont alourdies par le classement en zone de répartition de certaines nappes profondes.

En 2013, une version révisée du SAGE est approuvée. Comme le prévoient les évolutions législatives, le SAGE intègre désormais un règlement opposable aux tiers qui encadre plus strictement l’accès aux nappes profondes et les usages de leurs eaux.

Depuis 2023, une nouvelle révision du SAGE est décidée. Une deuxième révision qui n’aboutira, au mieux, qu’en 2026 pour le projet de SAGE révisé, et 2027 pour son approbation par arrêté préfectoral.