Higurashi a écrit:Bon, oui ça m'arrive de poser des questions. Ca ne concerne pas directement la météo, mais je me posais une question sur les nappes phréatiques.
Depuis le temps qu'il pleut ici dans le NE, mes parents disent tout le temps : " Qu'ils nous disent pas que les Nappes phréatiques sont vides après ! Ou qu'on manque d'eau " . Par contre il me semble que il peut pleuvoir comme il veut, les sols superficiels peuvent quand même desséché si une période chaude et sèche s'installe, du coup les sols superficiels manqueraient bien d'eau... ?
Enfin voilà quoi
Ce qui est dit plus haut est juste, néanmoins je voudrais juste apporter quelque précisions qui pourraient vous être éclairantes.
Premièrement l'assertion de vos parents est fausse car elle n'est pas juste géologiquement. Je m'explique:
Il y a mélange entre situation hydrologique (ruissellement de surface associé à de l'érosion, saturation superficielle des sols, réponse rapide des rivières sous forme de crue, influence du couvert du sol, champ labouré, forêts, roches nues, ou parking/ville) et situation hydrogéologique (type de roches du sous sol, présence ou non de pompage dans le sol et du coup de prélèvement d'eau, géométrie de l'aquifère).
En terme technique, on parle de magasin aquifère ou d'aquifère tout cours et rarement de nappe phréatique. La raison est car c'est bien plus clair et exact.
Dans le sol et dans le sous sol, l'eau qui est moins dense que la roche (du granite aux sables) occupe les espaces entre les grains de roche, on parle de pores et plus la porosité est importante et plus il pourra y avoir d'eau. Par exemple, un granite sain et massif ne pourra accueillir que très peu d'eau alors qu'un empilement de galets pourra en accueillir beaucoup (car il y a beaucoup d'espace entre les galets et avec peu de perte de charge, donc des vitesses importantes en sus).
Deux petites subtilités: d'une pour qu'il y ait magasin aquifère, il faut que l'eau puisse circuler, cad que les pores soient reliés entre eux autorisant un écoulement d'eau. De deux, il faut que l'eau circule assez rapidement entre les pores. La vitesse de déplacement dans le magasin aquifère est appelée la perméabilité (en gros c'est ce qui s'en rapproche le plus), elle est exprimée en m/s. La perméabilité dépend de pas mal de facteur, mais le principal est le volume des pores qui conditionne la force de succion qui s'oppose à l'écoulement de l'eau. Plus les pores sont petits et plus la force de succion est forte et plus il faut d'énergie pour faire bouger l'eau.
Par exemple, il y a blindé d'eau dans les argiles, celles-ci sont organisées en feuillets chargés négativement, mais la taille caractéristique de la porosité est tellement petite (de l'ordre du 1/10e à 5-6/1000e micron) que les forces de succions sont très fortes, en résulte une vitesse caractéristique de l'eau à travers autour de 10-9 à 10-7 m/s, soit entre 3cm et 3m/an. La roche n'est pas intrinsèquement imperméable, mais les quantités d'eau traversant sont minimes comparées à celles qui contournent.
Pour le même ordre de grandeur de porosité (40%), des galets bien propres auront des perméabilité de l'ordre de plusieurs cm/s soit du mètre par minute ! Mais dans les galets, la taille des pores est centimétrique…
Donc on voit bien que la présence d'un aquifère ou non est liée aux types de formations géologiques (matériaux semblables sur un niveau en gros) en place.
La limite haute d'un aquifère ou toit de l'aquifère est soit une interface pores remplis d'air/pores remplis d'eau dont l'air communique toujours par porosité efficace interposé (l'eau est à pression inférieure à la pression atmosphérique à cause des forces de succions et du travail de l'évapo-transpiration) avec la surface, dans ce cas il s'agit d'un aquifère libre. Mais la limite supérieure peut-être une formation imperméable, dans ce cas, l'eau de la nappe est en charge (hydrostatisme toussa toussa, en gros, la pression de l'eau à la limite supérieure, est supérieure à la pression atmosphérique) et l'aquifère est dit captif.
La limite inférieure d'un aquifère est un niveau imperméable, des argiles ou des limons sur un niveau continu (sans trou) soit une roche saine, en bon français on dit le mur de l'aquifère. Comme bien noté au dessus, on trouve fréquemment des empilements d'aquifères séparés sur la hauteur par des niveaux imperméables.
La limite amont est une zone d'infitration, ou l'eau arrive à passer dans le magasin aquifère et la limite aval, ou exutoire, est une zone de libération de l'eau.
La perméabilité d'un magasin aquifère est celle de son minimum de perméabilité (si la vitesse est limitée à un endroit d'un tuyau, comme l'eau est incompressible, la vitesse ne dépassera pas cette limite), perpendiculairement au sens de l'écoulement bien entendu.
Un exemple typique est une vallée ou un fleuve a déposé alternativement des argiles et des galets/graviers en bancs suivant ses divagations.
En amont, l'eau s'infiltre en profitant d'une zone où la rivière est plus haute que les sédiments (débouché de virage de rivière, aval de resserrement de la vallée, pieds de versants ou arrivée en plaine d'affluents), passe dans un niveau perméable, s'écoule et descend en suivant la pente, arrive à un endroit où la surface est couverte par une couverture imperméable, l'aquifère à surface libre jusqu'ici monte en charge et devient captif en continuant sa descente, au dessus, un autre aquifère peut se mettre en place si la couverture est elle-même recouverte de matériaux plus grossiers.
En aval, si la vallée se ressert ou que la rivière coupe la nappe (virage), que la formation s'arrête (eau retenue dans des graviers sur un versant imperméable) ou que le fleuve se jette en mer, l'eau de l'aquifère est libérée.
Voila pour la partie géophysique/géologique des aquifères, il s'agit d'un écoulement et le niveau du toit de l'aquifère (la profondeur du niveau de la surface de la nappe) dépend de la quantité d'eau qui entre dans les zones de recharge de la nappe moins ce qui en sort, soit l'exutoire naturel (mais celui-ci importe peu car le niveau naturel est un équilibre dynamique), l'évapo-transpiration (la part captée par la végétation et l'évaporation), et surtout, les prélèvements anthropiques, sayin' les pompages.
Maintenant, on va parler sortie de l'eau de l'aquifère, et plus précisément, de ce qui se passe entre la surface de la nappe et le plancher des vaches.
Bon, je ne reviendrai pas sur ce qui a déjà été dit plus haut, je complète juste ce qui manque. (Sauf, je suis obligé de corriger le fait que la nappe parisienne est n'est pas une nappe sédimentaire meuble, c'est une nappe dans des craies calcaires poreuses, mais massives et en place !! Les alternances graves/graviers/limons/argiles, on les retrouve, par exemple, tout le long du Rhône et l'Est lyonnais, les fameux couloirs fluvio-glaciaires).
On part du sol, le sol est de la roche qui a eu à faire à la végétation et à l'érosion. En gros, l'érosion attaque la roche mère (cycle gel dégel, écarts de température, vent, frottement de l'eau, dissolution par l'eau de minéraux solubles, rayonnement solaire) et la végétation aide et continue le travail par l'action des acides humiques et fulviques (en vrai, il y en a plein d'autres, retenez juste que ce sont des acides organiques faibles libérés par les racines qui sont de merveilleux endroits de symbiose plante/champis/bactérie).
Bref, les plantes, bactéries et champis tirent des nutriments de la dégradation de la roche et paf, ça fait du sol = assemblages complexes et bio-assimilables (matière organique) + grains de roche en cours de dégradation ou réfractaires.
Il y a différents étages dans un sol, selon qu'il y ait ou non de l'oxygène (compétitions entre bactéries aérobies destructices -réductices- et champignons anaérobies producteurs de matière organique).
Retenez juste que la matière organique du sol retient de l'eau et que plus la biologie (plantes, racines, matière organique et vers de terres et consors) s'y active et plus le sol est aéré, pompe plus d'eau, plus longtemps et garde plus d'humidité par temps sec et chauffe moins (les complexes organiques ont la même porosité que l'argile, il faut énormément chauffer -d'apport d'énergie- pour extraire l'eau, ils sont donc gorgés d'eau longtemps après la pluie) facilement.
Maintenant allons plus en dessous, après 1,5-2 mètres de profondeur environ.
À ces profondeurs, il n'y a plus que les racines des arbres qui y sont, les conditions de vie des bactos et des champis ne sont pas réunies, le sol s'arrête et commence le sous-sol. Le total sol + cette zone est appelé Zone Non Saturée (comprenez non saturée en permanence), zone qui s'arrête à la l'aquifère vous l'aurez compris.
C'est là que ça devient intéressant, c'est une zone de compétition, entre l'évapo-transpiration et les précipitations. La part de la végétation intervient au printemps jusqu'au début juillet pour la plus grosse part. Cette part de prélèvement n'est pas négligeable quand on sait qu'un arbre peut pomper plusieurs centaines de litres par jour.
On part d'une situation de sol saturé entièrement. La végétation pompe progressivement, les plus gros pores sont facilement vidés, pas de souci avec la succion, ensuite, plus ça va, et plus la plante doit fournir d'énergie pour vider les petits pores, vient un moment ou la plante ne peut plus suivre, on dit que l'on a atteint le point de flétrissement, la plante vit sur ses réserve et finit par se flétrir.
Même raisonnement pour l'action du soleil, chauffage du sol et évaporation. Le sol chauffe mais la chaleur latente libérée par l'évaporation de l'eau limite le réchauffement. Puis on arrive à un point où il y a moins d'eau et le sol chauffe d'avantage, on finit par atteindre un point ou l'énergie incidente est équilibrée avec le rayonnement ir de la nuit et ce qu'il faut fournir pour déloger l'eau (sous nos latitudes et climat, on y arrive que rarement).
Le dernier point est que l'humidité dans le sol obéit aussi à un gradient de pression (sont trop fort ces grad(p) !), de teneur en eau pour être exact.
En gros, le mouvement de l'eau dans le sol est dirigé de la charge hydraulique, le terme exact est teneur en eau, la plus importante vers la plus petite charge, soit du remplissage des pores (l'humidité, teneur en eau) le plus important au plus faiblement remplis.
Un dernier effort pour comprendre.
Il pleut, il y a une part d'eau qui ruisselle (grand bien lui fasse), et une part qui s'infiltre, les pores sont complètement remplis, la charge y est maximale. Le mouvement est donc dirigé vers le bas qui n'est pas saturé et à charge moindre.
Il continue de pleuvoir, le premier mètre du sol est complètement saturé, le mouvement vers le bas se poursuit.
Il s'arrête de pleuvoir, la surface commence à s'égoutter, la charge n'est plus maximale mais reste haute. Pendant ce temps, le niveau de un mètre de sol complètement saturé, continue de descendre, mettons de 20 cm. Donc on a sur un profil du sol vers la nappe: surface charge de surface Hsurf = 0.75m (au pif la charge, l'important est la proportion), z = -0.2m, charge maxi saturée = 1m, puis une diminution sur les (mettons) deux mètres qui restent avant la nappe avec une diminution en cloche, H=0.75m 0.2m sous la saturation, H=0.5m 50cm sous la saturation, 0.35m à 0.75m sous la sat puis la charge diminue jusqu'à un équilibre à la nappe à H=0.25m.
Le temps reste sec, l'épaisseur saturée continue de descendre par gradient de charge, mais l'évapo-transpiration fait dans le même temps baisser la charge à la surface, faisant monter de l'eau du niveau saturé jusqu'à la surface.
En hiver, la plus grosse partie de l'eau infiltrée par le sol arrive à la nappe, c'est la recharge de la nappe, on parle alors de précipitation efficace. Le temps caractéristique qu'il faut à une eau de précipitation pour descendre est de l'ordre de la perméabilité de la ZNS, pour un sol + graves/graviers et peu de limons à 2.10-3m/s sur 10 m de profondeur, comptez deux-trois jours (juste un ordre de grandeur).
Au printemps, le pompage de la végétation commence à faire du mal et l'augmentation de la température augmente l'évaporation dans le sol jusqu'à empêcher toute recharge, la remontée par différence de charge d'eau du niveau d'eau inflitrée étant trop forte. (je vous passe les détails de moindre viscosité de l'eau chaude ce qui n'aide pas…). The same pour l'été, avec toutefois l'arrêt du pompage naturel de la végétation. La recharge reprend en Automne quand les températures baissent.
Maintenant, il ne faut pas oublier l'homme, l'impact du pompage est important, le pompage pour l'Alimentation en Eau Potable (AEP) auquel il faut ajouter les pompages de l'industrie et de l'agriculture intensive (maïs en tête mais aussi tous les élevages). Et les prélèvements pour un certain type d'agriculture se sont grandement accrus, et ce pile dans des périodes où l'eau est déjà pompée naturellement par évapo-transpiration, augmentant d'autant le risque de sécheresse de la couche superficielle du sol, même après un hiver arrosé. On trouve de plus en plus de sols séchés par l'action de l'homme, on accuse la nature alors que l'on n'aurait pas de soucis avec un usage de l'eau plus parcimonieux.
Bon après ce n'est qu'un bref aperçu que j'espère compréhensible, si vous voulez mieux piger le truc, tapez profil vertical de l'humidité du sol dans votre moteur de recherche favori.
Mais avec ça, tu peux répondre à ta question, et même t'en poser d'autres !
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