Hydrogéologie

La Terre et son atmosphère sont très largement pourvues en eau; 1.385·109 km3 (1 km3 = 109 m3 = 635'000 piscines olympiques). Cette quantité n'a quasiment pas varié depuis la création du Globe. De telles réserves suffiraient largement à couvrir éternellement nos besoins en eau si elles étaient entièrement disponibles. Non seulement ce n'est pas le cas, mais seulement une infime proportion est réellement utilisable.

 

Ressources en eau

Alors que les océans mobilisent 97.5% des réserves d'eau du globe, l'eau douce n'en représente que 2.5% soit un volume d'environ 36·106 km3. Cette réserve d'eau douce est cependant loin d'être entièrement exploitable. En effet les 4/5 de l'eau douce (2%) sont mobilisés par les glaciers et les banquises des pôles. Le solde (0.5%) est constitué par les eaux souterraines, les lacs, les fleuves et rivières, l'humidité des sols et de l'air et les organismes vivants (plantes et animaux). En additionnant les réserves d'eau douce exploitables liées aux eaux souterraines, aux lacs et aux cours d'eau, il s'avère que seulement 0.3% des réserves d'eau du globe est utilisable pour couvrir nos besoins en eau.

Les eaux souterraines

Les eaux souterraines représentent la quasi-totalité (97 à 98%) des réserves d'eau douce stockées dans les terres émergées. Elles offrent une ressource très largement exploitée à travers le monde puisqu'on estime de 600 à 700·109 m3 le volume extrait annuellement soit plus de 20% de toute l'eau prélevée tous usages confondus. Les eaux souterraines proviennent essentiellement de l'infiltration des précipitations et des eaux de surface (rivières, lacs). Leur circulation, qui est régie par des processus complexes, est très fortement conditionnée par la structure géologique du sous-sol. Une fois infiltrées, les eaux souterraines sont stockées et circulent dans un espace souterrain géométriquement fini, plus ou moins continu et perméable appelé réservoir aquifère. Le complexe formé par les deux constituants en interactions que sont la roche réservoir et l'eau souterraine est identifié sous le terme d'aquifère (aqua = eau, ferre = porter). Les caractéristiques lithostratigraphiques des roches réservoir déterminent la géométrie, la structure ainsi que les propriétés hydrauliques et géochimiques de l'aquifère. Le réservoir remplit trois types de fonctions vis-à-vis des eaux souterraines :

  • Une fonction capacitive ou réservoir : elle caractérise l'emmagasinement souterrain de l'eau qui régit à la fois le stockage et la libération de l'eau souterraine. Cette propriété du réservoir correspond à la porosité.
  • Une fonction conduite : elle caractérise l'écoulement de l'eau souterraine depuis la zone d'infiltration (zone de recharge) jusqu'à un exutoire (zone de décharge) naturel ou artificiel (p. ex. sources, puits, rivières, etc.). Cette propriété du réservoir correspond à la perméabilité.
  • Une fonction d'échanges : elle caractérise les processus physico-chimiques d'interactions entre l'eau souterraine et la roche réservoir tels que les échanges thermiques, les processus géochimiques de dissolution, de précipitation, d'échanges ioniques et les phénomènes hydrobiologiques (auto-épuration).

Classification hydrogéologique des réservoirs Types d'acquifères

Les fonctions capacitive (porosité) et conduite (perméabilité) du réservoir qui régissent la circulation des eaux souterraines sont déterminées par la morphologie et l'interconnexion des vides du sous-sol. Morphologiquement, deux grands types de vides sont distingués, les pores et les fissures caractérisant respectivement les milieux aquifères poreux et fissuré.

Ces milieux aquifères sont associés à deux grandes catégories de réservoir :

  • . Représentées par les graviers, sables, limons et argiles, elles correspondent essentiellement aux alluvions fluviatiles et fluvio-glaciaires.

    Sable Moraine

    Les roches meubles ou non consolidées à porosité d'interstices

  • . Elles correspondent aux roches carbonatées (calcaires, calcaires dolomitiques, dolomies), aux roches évaporitiques (gypse) ainsi qu'aux roches cristallines, cristallophylliennes et volcaniques (granites, gneiss, quartzites, basaltes,…). Dans ces roches, la circulation des eaux souterraines se fait à la faveur des zones de discontinuités : failles, fissures, diaclases, plans de schistosités, zones d'altération, zones broyées (mylonites). Dans les massifs calcaires la lente action mécanique (corrosion) et chimique (dissolution des carbonates) des eaux souterraines conduit à un élargissement progressif des fissures pouvant aboutir à la formation de conduits, chenaux et cavités parfois de grande dimension. C'est le phénomène de karstification qui peut également affecter les roches évaporitiques telles que le gypse.

    Karst Cristallin

    Les roches compactes ou consolidées à porosité de fissures

    Molasse

    Il est à noter que certaines roches compactes peuvent présenter des caractères mixtes avec coexistence d'une porosité d'interstices et de fissures. C'est le cas notamment de la molasse ou de la craie.

 

Vitesses d'écoulement des eaux souterraines

La fraction mobile de l'eau contenue dans les aquifères (eau gravitaire) détermine les nappes d'eau souterraine. L'écoulement des eaux souterraines entre la zone d'infiltration et la zone d'exutoire s'effectue par gravité. La vitesse d'écoulement des nappes d'eau souterraine est déterminée par la perméabilité et la porosité du réservoir. Ainsi le transfert d'un même volume d'eau sur une distance de 1 km peut varier d'une année ou plus en milieu poreux, de quelques mois en milieu fissuré à quelques jours voire quelques heures en milieu karstique.

Vitesses d'écoulementHétérogénéité physique des aquifères et variabilité des écoulements. D'après : Pollution des eaux souterraines en France - BRGM - 1991

Les Alpes : le château d'eau de l'Europe

Dans les Alpes prennent naissance le Rhône , le Rhin, le Pô ainsi que les principaux affluents du Danube (Inn et Drave). De tout temps, les rivières et les torrents qui sillonnent les vallées alpines ont représentés un capital économique et énergétique essentiel contribuant dans une très large mesure à leur développement économique, industriel et démographique. Dès le 18ième siècle, la captation des torrents et rivières de montagne dans des bisses (par exemple le bisse d'Ayent ) ont permis l'irrigation des terres et l'essor de l'agriculture de montagne. A la fin du 19ième siècle, l'eau est à l'origine de la révolution économique de la houille blanche. Edifiées à l'ère tertiaire, les Alpes ont subi au Quaternaire une intense érosion glaciaire qui a façonné les reliefs actuels.

Source du Rhône en 1925 Source du Rhône actuellement

Les eaux souterraines sont mieux réparties dans les Alpes que les eaux de surface. S'étendant sur plus de 1200 km de long et 120 à 250 km de large, les Alpes ont toujours été considérées comme le château d'eau de l'Europe. C'est au cœur des Alpes que naissent les plus grands fleuves d'Europe,

Types d'aquifères

Les alluvions fluviatiles et fluvio-glaciaires déposées dans les vallées et en piémont constituent les principaux aquifères poreux sollicités pour l'alimentation en eau potable. Viennent ensuite, les aquifères fissurés et karstiques liés aux grandes séries calcaires et dolomitiques représentées dans la couverture plissée mésozoïque du domaine externe des Alpes occidentales (France et Suisse) et dans la couverture triasique du domaine austro-alpin (Alpes calcaires du Nord). En complément de ces deux ressources, il convient d'ajouter les aquifères fissurés associés au grands massifs cristallins internes et externes ainsi que les aquifères déterminés par les zones broyées associées aux grands accidents caractéristiques de la tectonique alpine (décrochements et chevauchements). Ces gisements ont été principalement identifiés à la faveur des grands travaux souterrains réalisés dans les Alpes (tunnels, aménagements hydroélectriques).

 

 


Principaux types d'aquifères en Valais

Compte tenu du contexte géologique, quatre types d'aquifères sont principalement représentés en Valais.

Les alluvions fluviatiles récentes

Alluvions fluviatiles récentes

Correspondant pour l'essentiel aux alluvions du Rhône, elles sont représentées par des graviers et des sables plus ou moins limoneux. Ces dépôts qui présentent une porosité et une perméabilité élevées abritent un aquifère très productif qui s'étend de façon quasi-continue tout au long de la vallée du Rhône entre Brig et le lac Léman.

 

Les roches karstiques carbonatées

Roches karstiques carbonatées

Représentées essentiellement par des calcaires et dolomies, elles déterminent des aquifères très hétérogènes. Sous l'effet des processus de dissolution, ces roches peuvent subir un phénomène de karstification se traduisant dans le paysage par une morphologie ruiniforme caractéristique.

 

Les roches karstiques évaporitiques

Roches karstiques évaporitiques

Sous le nom d’évaporites, on entend ici essentiellement les roches riches en sulfates et en chlorures. En Valais, comme dans le reste de la Suisse, ces roches qui sont associées aux séries du Trias (> 200 Ma), sont principalement représentées par le gypse et l'anhydrite. Près de la surface, sous l'action des eaux de ruissellement et d'infiltration, le gypse très soluble a tendance à se dissoudre. La roche est alors parcourue de conduits ou chenaux karstiques très perméables pouvant même aboutir à la formation de caverne ( cas du lac souterrain de St-Léonard , Valais). Plus en profondeur le gypse passe à une forme déshydratée : l'anhydrite qui correspond à une formation imperméable. La composition chimique des eaux souterraines liées à ces aquifères est très typée avec notamment des teneurs très élevées en sulfates (SO4--). Leur minéralisation très élevée leur confère par ailleurs un caractère d'eau minérale comme dans l'exemple de la source des Bouillets à Nendaz ( analyse de la source ).

 

Les roches cristallines silicatées

Roches cristallines silicatées

La circulation des eaux au sein des massifs cristallins est déterminée principalement par la tectonique. En effet, les roches cristallines silicatées (p.ex. granites, gneiss, serpentinites) n'étant ni poreuses ni solubles, ce sont les discontinuités (failles, fissures, diaclases, zones broyées) qui confèrent à ces massifs une certaine perméabilité. Cette perméabilité est généralement plus importante proche de la surface où, sous l'effet combiné des phénomènes de décompression post-glaciaire et d'altération, les massifs présentent une zone épidermique de quelques dizaines de mètres particulièrement fracturée favorisant les infiltrations d'eau. Ces aquifères sont présents dans les massifs cristallins externes (Mont-Blanc, Aiguilles Rouges, Aar et Gothard) ainsi que dans les Alpes valaisannes.

 

 


Surveillance des eaux souterraines

En Suisse, les eaux souterraines et les sources couvrent plus de 80% des besoins en eau. Avec une production annuelle de plus de 1 million de m3, elles constituent la principale ressource en eau potable et industrielle. L'observation à long terme de la qualité des eaux souterraines et du niveau des nappes phréatiques revêt donc une importance toute particulière. Ceci est d'autant plus le cas en Valais où, du fait de la spécificité du régime d'alimentation des aquifères majoritairement de type glaciaire ou nivo-glaciaire , l'évaluation de l'impact des changements climatiques sur l'évolution des réserves en eau que constituent les glaciers ainsi que sur les précipitations constitue un enjeu majeur dans le cadre d'une politique de développement durable et de protection des ressources en eau potable. Actuellement plus de 3000 sources et puits sont inventoriés en Valais . Les points d'eau destinés à l'alimentation en eau potable font l'objet d'un suivi qualitatif et quantitatif régulier.

 

Production d'eau en 1995

 

Depuis 1994, Le CREALP assure le contrôle du niveau de la nappe alluviale de la plaine du Rhône pour la région comprise entre Sierre et le lac Léman . Cette surveillance est réalisée au travers de campagnes de mesures bi-annuelles effectuées en période de basses-eaux (février-mars) et de hautes-eaux (juin-juillet) sur un réseau d'observation comptant de plus de 800 points de mesure dont 650 points de contrôle pour les eaux souterraines et 180 points pour les eaux de surface .

En complément de ce suivi manuel, un réseau de mesures automatisées a été progressivement mis en place depuis 1976, date d'installation des stations les plus anciennes. Le réseau actuel compte plus d'une centaine de stations réparties entre Brig et le lac Léman et regroupées en deux réseaux complémentaires comprenant :

12 stations fédérales rattachées au réseau national d'observation du niveau des nappes phréatiques géré par le Service hydrologique et géologique national ( OFEV ).

96 stations cantonales réparties en 2 sous réseaux :

  • 74 stations rattachées au Département des transports, de l'équipement et de l'environnement - Service des routes et cours d'eaux (DTEE-SRCE) de l'Etat du Valais

  • 22 stations rattachées au Département des transports, de l'équipement et de l'environnement - Service de la protection de l'environnement (DTEE-SPE) de l'Etat du Valais

Le CREALP assure la gestion et la maintenance du réseau cantonal ainsi que des mesures afférentes. Deux types d'appareillage sont utilisés pour le suivi automatisé : limnigraphes analogiques et digitaux .

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