Les nappes souterraines peuvent-elles réellement s'épuiser ?

Contrairement à une idée répandue, les nappes souterraines ne sont généralement pas de vastes lacs cachés sous terre. L'eau occupe les espaces disponibles au sein des formations géologiques : interstices entre les grains de sable, pores des roches, fissures ou conduits karstiques.

Ces formations capables de stocker et de transmettre de l'eau sont appelées aquifères.

Selon l'UNESCO, les eaux souterraines représentent environ 99 % de l'eau douce liquide présente sur Terre, hors eau douce emprisonnée sous forme de glace. Elles constituent donc une composante fondamentale des ressources hydriques mondiales.

Mais cette abondance ne signifie pas que l'eau souterraine est disponible partout, ni qu'elle peut être prélevée sans limite.

Dans plusieurs régions du monde, le niveau des nappes diminue depuis des décennies. Certains puits deviennent inutilisables, des sources voient leur débit diminuer et la qualité de l'eau peut se dégrader.

Une question se pose alors : une nappe souterraine peut-elle réellement s'épuiser, au point de ne plus pouvoir fournir d'eau ?

La réponse est oui, mais les mécanismes sont plus complexes qu'une simple réserve qui se vide.

Une autre partie s'évapore ou est absorbée par la végétation.

Le reste peut s'infiltrer dans le sol, traverser les formations géologiques perméables et atteindre une zone où les pores et les fractures sont saturés en eau.

Ce processus est appelé recharge des nappes souterraines.

La recharge dépend notamment de la quantité et de l'intensité des précipitations, de la nature des sols, de la perméabilité des roches, de la végétation et de la température.

En France métropolitaine, elle se produit généralement surtout pendant l'automne et l'hiver, lorsque l'évapotranspiration diminue et que davantage d'eau peut s'infiltrer en profondeur.

Elle circule progressivement sous l'effet des différences de charge hydraulique et peut rejoindre naturellement :

L'évolution des réserves d'eau souterraine dépend donc d'un équilibre entre les apports et les sorties.

De manière simplifiée, on peut écrire :

À l'inverse, lorsque les sorties dépassent durablement les apports, le stock d'eau diminue.

Il faut toutefois rappeler que les décharges naturelles peuvent elles-mêmes changer lorsque les pompages modifient les niveaux et les écoulements souterrains.

Certaines sont dites réactives : leur niveau peut augmenter rapidement après des pluies efficaces, puis diminuer rapidement pendant les périodes sèches.

D'autres sont dites inertielles : leur fonctionnement évolue lentement et leur réponse aux précipitations peut s'étendre sur plusieurs saisons, voire plusieurs années.

Ces différences s'expliquent par la géologie des aquifères, leurs propriétés hydrauliques et leur relation avec la surface.

Ainsi, une nappe située dans des calcaires karstiques peut réagir très différemment d'une nappe contenue dans un vaste ensemble de craies ou de grès.

En période de recharge, les niveaux peuvent monter.

En période de vidange, ils diminuent progressivement, notamment sous l'effet des écoulements naturels et des prélèvements.

Une baisse temporaire du niveau d'une nappe ne signifie donc pas nécessairement qu'elle est surexploitée.

Il faut comparer son évolution aux valeurs habituellement observées à la même période, ainsi qu'à sa tendance sur plusieurs années.

Cette tendance peut révéler une diminution prolongée des réserves souterraines.

Elle peut résulter d'une combinaison de facteurs : prélèvements importants, diminution des précipitations efficaces, modification des conditions de recharge ou hausse de l'évapotranspiration.

À long terme, une baisse persistante des réserves peut réduire la disponibilité de l'eau pour les différents usages.

Lorsque son niveau baisse fortement, les pompes doivent parfois être installées plus profondément.

Les coûts énergétiques augmentent et certains puits peu profonds peuvent cesser de fournir de l'eau.

La ressource peut également devenir trop coûteuse à extraire ou se dégrader en qualité.

Ainsi, un aquifère peut encore contenir de l'eau tout en n'étant plus capable de satisfaire durablement les besoins qui en dépendent.

Cette distinction est essentielle pour comprendre les enjeux de gestion des ressources souterraines.

Il apparaît généralement lorsque les conditions climatiques, les prélèvements et les caractéristiques géologiques conduisent à une diminution prolongée des ressources disponibles.

Lorsque les prélèvements sont trop importants par rapport au fonctionnement de l'aquifère et aux besoins des milieux naturels, ils peuvent provoquer une baisse persistante des niveaux.

Un pompage crée localement une diminution de la charge hydraulique autour du forage : c'est le rabattement.

Dans une nappe libre, ce rabattement peut former une dépression de la surface de la nappe, généralement appelée cône de rabattement.

Si les prélèvements sont importants ou prolongés, leur influence peut s'étendre sur une grande surface et affecter d'autres captages ou les écoulements vers les rivières.

Le phénomène peut aussi être particulièrement problématique dans les aquifères profonds dont la recharge est très lente.

Lorsque les précipitations sont insuffisantes ou que l'évapotranspiration est élevée, la recharge diminue.

Si cette situation se répète pendant plusieurs années, certaines nappes peuvent accumuler un déficit.

Les effets sont particulièrement importants lorsque les prélèvements restent élevés alors que les apports diminuent.

Les aquifères réactifs peuvent répondre rapidement aux épisodes de sécheresse, tandis que les aquifères inertiels peuvent en conserver les effets plus longtemps.

L'augmentation des températures favorise généralement l'évapotranspiration, ce qui peut réduire l'eau disponible pour l'infiltration.

L'évolution des précipitations peut également modifier la durée et l'intensité des périodes de recharge.

Cependant, ses effets ne sont pas uniformes : certaines régions peuvent connaître une diminution de la recharge tandis que d'autres peuvent recevoir davantage de précipitations.

Il faut donc éviter de conclure que toutes les nappes se videront nécessairement sous l'effet du changement climatique.

Le risque dépend du contexte régional, de la géologie et des usages de l'eau.

Ces aménagements peuvent limiter localement l'infiltration et favoriser le ruissellement.

Toutefois, l'effet réel sur la recharge dépend de la configuration urbaine, des réseaux d'eau, des dispositifs d'infiltration et des relations entre les eaux de surface et les aquifères.

Dans certaines conditions, des fuites de réseaux ou d'autres apports artificiels peuvent aussi contribuer à la recharge locale.

L'impact de l'urbanisation doit donc être évalué à l'échelle de chaque territoire.

Les chercheurs, dirigés par Scott Jasechko, ont analysé les niveaux d'eau mesurés dans environ 170 000 puits de surveillance répartis dans 1 693 systèmes aquifères.

Leurs résultats montrent que les baisses rapides des niveaux souterrains sont répandues, notamment dans les régions sèches où les surfaces agricoles irriguées sont importantes.

L'étude souligne également que la baisse des niveaux s'est accélérée au cours des quatre dernières décennies dans environ 30 % des systèmes aquifères régionaux étudiés.

Cela ne signifie pas que 30 % de toutes les nappes du monde sont épuisées. Le chiffre concerne l'accélération des baisses dans les systèmes examinés par l'étude.

Ce résultat met néanmoins en évidence l'ampleur du phénomène.

Ces améliorations ont notamment été associées à des changements dans la gestion de l'eau, à des opérations de recharge maîtrisée ou à une utilisation accrue des ressources de surface en remplacement des pompages.

Ces observations montrent que les politiques de gestion peuvent produire des résultats.

Cependant, une remontée du niveau piézométrique ne signifie pas nécessairement que tous les impacts de la surexploitation antérieure ont disparu.

Cela peut affecter particulièrement les captages peu profonds, notamment dans les territoires ruraux.

Les utilisateurs doivent alors rechercher d'autres ressources, approfondir certains ouvrages lorsque cela est possible ou réduire leurs prélèvements.

Cette contribution, appelée débit de base, peut diminuer lorsque les niveaux souterrains baissent.

Les pompages peuvent également intercepter une partie des écoulements qui auraient naturellement alimenté une rivière.

Dans certains cas, ils peuvent même favoriser l'infiltration d'eau de rivière vers l'aquifère.

Ces modifications peuvent affecter les écosystèmes aquatiques, particulièrement en période d'étiage.

Lorsque cette compaction est suffisamment importante, elle provoque un abaissement de la surface du sol, appelé subsidence.

Ce phénomène peut endommager les infrastructures, modifier les conditions de drainage et augmenter localement le risque d'inondation.

Une partie de la compaction peut être irréversible et réduire durablement la capacité de stockage de certaines formations aquifères.

U.S. Geological Survey

Lorsque les prélèvements abaissent excessivement les niveaux ou les charges hydrauliques, l'équilibre peut être perturbé.

De l'eau salée peut alors progresser vers les captages.

Ce phénomène, appelé intrusion saline, peut rendre une ressource impropre à certains usages, notamment à la consommation ou à l'irrigation de cultures sensibles au sel.

Le territoire possède de nombreux systèmes aquifères dont la géologie, la taille, la recharge et les usages diffèrent fortement.

Le BRGM suit l'évolution des niveaux grâce à un réseau national de piézomètres et publie régulièrement des bulletins de situation.

Ces mesures permettent de distinguer les variations saisonnières habituelles des épisodes de déficit plus préoccupants.

Cette situation illustre la poursuite de la vidange saisonnière après un été sec. Elle ne permet cependant pas, à elle seule, de conclure à un épuisement durable de toutes les nappes françaises.

Certaines nappes peuvent retrouver des niveaux satisfaisants après une période de recharge favorable.

D'autres, notamment les nappes à forte inertie ou les ressources soumises à des pressions importantes, peuvent nécessiter plusieurs cycles de recharge pour se rétablir.

Lorsque les sols sont secs, une partie de l'eau sert d'abord à reconstituer leur humidité.

Une autre partie est reprise par la végétation ou s'écoule à la surface.

Pendant les saisons chaudes, l'évapotranspiration peut limiter fortement la quantité d'eau disponible pour atteindre les aquifères.

Ainsi, une pluie abondante n'est pas nécessairement une pluie efficace pour la recharge souterraine.

C'est notamment pour cette raison que le suivi des nappes nécessite des mesures sur plusieurs saisons.

Certaines nappes peuvent se reconstituer lorsque les prélèvements diminuent et que les conditions de recharge redeviennent favorables.

Mais cette récupération dépend des caractéristiques hydrogéologiques du réservoir et de l'importance des modifications qu'il a subies.

Cela peut passer par une amélioration de l'efficacité de l'irrigation, une réduction des pertes dans les réseaux, une meilleure répartition des usages ou une diversification des sources d'approvisionnement.

La réduction des prélèvements ne se traduit pas nécessairement par une remontée immédiate du niveau.

Les aquifères à forte inertie peuvent réagir lentement.

Cela suppose notamment de limiter l'imperméabilisation de certaines surfaces, de préserver les zones humides et d'intégrer l'infiltration des eaux pluviales dans les aménagements lorsque les conditions géologiques et sanitaires le permettent.

Cependant, la recharge ne dépend pas uniquement des aménagements de surface.

Elle reste fortement liée aux précipitations, à l'évapotranspiration et aux propriétés du sous-sol.

Ces dispositifs peuvent utiliser des bassins d'infiltration, des ouvrages spécialement conçus ou des techniques de transfert contrôlé d'eau vers les formations souterraines.

L'eau utilisée doit être adaptée à la qualité requise pour protéger l'aquifère.

Les opérations exigent donc une bonne connaissance de la géologie, des propriétés hydrauliques, de la qualité de l'eau et des risques de contamination.

Elles ne sont pas réalisables partout et ne remplacent pas une gestion équilibrée des prélèvements.

Lorsqu'un aquifère a subi une compaction irréversible, une partie de sa capacité de stockage peut être définitivement perdue.

Une intrusion saline peut également nécessiter des périodes très longues pour être résorbée, selon le fonctionnement du système.

Il faut donc distinguer la remontée du niveau d'une nappe de la restauration complète de ses caractéristiques initiales.

Dans une nappe libre, on peut notamment suivre la profondeur de la surface piézométrique, généralement confondue avec la surface de la nappe.

Dans une nappe captive, le niveau d'eau mesuré peut se situer au-dessus du toit de l'aquifère.

L'analyse d'une chronique piézométrique permet d'identifier les fluctuations saisonnières, les sécheresses, l'influence des pompages et les tendances sur plusieurs années.

Ces bilans peuvent combiner les données météorologiques, les débits des sources et rivières, les volumes pompés, les mesures piézométriques et les caractéristiques des terrains.

Ils permettent notamment d'évaluer la part de recharge disponible et les conséquences possibles de différents scénarios de prélèvement.

Ils peuvent être utilisés pour étudier l'effet de nouveaux captages, les impacts d'une sécheresse prolongée ou les bénéfices attendus d'une diminution des prélèvements.

Cependant, ces modèles restent des représentations simplifiées de systèmes naturels complexes.

Leurs résultats dépendent de la qualité des données disponibles, des hypothèses retenues et des incertitudes sur les paramètres hydrogéologiques.

Mais le renouvellement peut être très différent d'un aquifère à l'autre.

Dans certains systèmes superficiels, une partie de l'eau infiltrée peut atteindre rapidement la nappe.

Dans des aquifères profonds et confinés, les transferts peuvent être beaucoup plus lents.

Certaines ressources contiennent même des eaux infiltrées dans des conditions climatiques anciennes, parfois appelées eaux fossiles.

Ces ressources peuvent être très faiblement renouvelées à l'échelle humaine.

Il ne suffit donc pas de savoir qu'un aquifère contient de grandes quantités d'eau. Il faut aussi connaître le rythme auquel cette eau est renouvelée et les effets de son exploitation sur les milieux environnants.

Une ressource souterraine peut être renouvelable à l'échelle géologique tout en étant pratiquement non renouvelable à l'échelle de plusieurs générations humaines.

Cette distinction est particulièrement importante dans les régions arides, où certains grands aquifères profonds reçoivent très peu de recharge actuelle.

Elles peuvent se recharger naturellement, mais leur renouvellement n'est ni automatique ni suffisamment rapide dans toutes les situations pour compenser les prélèvements.

Lorsqu'une nappe connaît un déficit prolongé, ses niveaux peuvent diminuer durablement. Certains puits deviennent inutilisables, les écoulements vers les rivières se réduisent et des phénomènes comme la subsidence ou l'intrusion saline peuvent apparaître.

L'épuisement d'une nappe ne correspond donc pas nécessairement à la disparition totale de l'eau stockée. Il peut se manifester bien avant, lorsque la ressource ne permet plus de satisfaire durablement les besoins humains et environnementaux.

Les observations scientifiques montrent néanmoins que certaines nappes peuvent se rétablir lorsque les conditions hydrologiques et les modes de gestion évoluent favorablement.

La préservation des eaux souterraines repose ainsi sur trois priorités : comprendre le fonctionnement des aquifères, surveiller leur évolution et adapter les prélèvements aux ressources réellement disponibles.

L'eau souterraine est invisible depuis la surface, mais les conséquences de sa surexploitation, elles, peuvent devenir très visibles.