L’étude hydrogéologique joue un rôle central dans la gestion des ressources en eau et l’aménagement du territoire. Elle permet d’évaluer la disponibilité, la qualité et la dynamique des aquifères, tout en identifiant les risques liés aux nappes phréatiques.
La diversité des formations géologiques et des conditions hydrodynamiques impose le recours à plusieurs méthodes complémentaires pour obtenir une vision complète du milieu souterrain. Le choix de la technique dépendra des objectifs visés, qu’il s’agisse d’une cartographie des nappes, d’une évaluation de la perméabilité des sols ou encore d’une modélisation des écoulements souterrains.
1. L’étude documentaire et la modélisation hydrogéologique
Avant toute investigation de terrain, une analyse documentaire approfondie permet de rassembler un ensemble de données existantes sur la zone étudiée. Ces informations proviennent essentiellement de :
- bases de données géologiques ;
- rapports d’études antérieurs ;
- cartes hydrogéologiques.
L’objectif est d’identifier les nappes connues, d’établir un premier diagnostic des conditions de circulation de l’eau et d’anticiper les éventuels défis techniques.
Parallèlement, la modélisation hydrogéologique permet de simuler le comportement des nappes phréatiques sous l’influence des variations climatiques, des prélèvements ou des aménagements à venir. Des outils comme MODFLOW ou FEFLOW sont couramment utilisés pour représenter les écoulements en fonction des paramètres hydrodynamiques du terrain. Toutefois, ces modèles nécessitent des données précises, parfois difficiles à obtenir dans certaines régions, ce qui justifie un complément par des mesures in situ.
2. Les méthodes de reconnaissance in situ
L’observation directe des caractéristiques du sous-sol constitue une étape indispensable pour affiner le diagnostic hydrogéologique. Ces investigations permettent d’obtenir des données quantitatives et qualitatives sur les aquifères, en mesurant la profondeur des nappes et leurs interactions avec les formations géologiques.
Les forages hydrogéologiques
Les forages exploratoires sont réalisés pour atteindre et observer directement les nappes souterraines. Ils permettent de :
- Déterminer la profondeur des nappes en mesurant le niveau statique et dynamique de l’eau.
- Caractériser la lithologie des terrains traversés grâce à des prélèvements de carottes.
- Installer des piézomètres, dispositifs essentiels au suivi du niveau des nappes sur le long terme.
Il faut préciser que cette méthode est indispensable pour les projets nécessitant une évaluation détaillée des ressources en eau souterraine, notamment pour l’implantation de puits de captage ou la validation de sites pour des forages d’exploitation.
Les essais de pompage
L’essai de pompage permet d’évaluer la capacité d’un aquifère à alimenter un captage en eau. Cette technique consiste à pomper l’eau d’un forage à débit constant tout en mesurant la variation du niveau de la nappe. Ces données servent à calculer des paramètres clés comme :
- La transmissivité, qui reflète la capacité de l’aquifère à transmettre l’eau ;
- Le coefficient d’emmagasinement, indiquant la quantité d’eau stockée dans la formation géologique.
Les résultats permettent d’adapter la conception des ouvrages de captage et d’éviter un pompage excessif pouvant entraîner une surexploitation des ressources.
Les essais de perméabilité
La perméabilité du sol influence directement les capacités de recharge des nappes et le comportement des écoulements souterrains. Différentes méthodes sont utilisées pour quantifier cette propriété :
- Essai Lugeon adapté aux roches fissurées, mesure la conductivité hydraulique par injection d’eau sous pression.
- Essai Lefranc, appliqué aux sols poreux, idéal pour les études de fondations en zone humide.
- Essai Porchet, réalisé en surface pour estimer la capacité d’infiltration du sol.
Les résultats permettent d’orienter les choix techniques pour la conception des systèmes de drainage, la gestion des eaux pluviales et la prévention des inondations liées aux remontées de nappe.
3. Les méthodes géophysiques appliquées à l’hydrogéologie
Les techniques géophysiques offrent une approche non destructive pour explorer les aquifères à grande échelle. Elles permettent d’obtenir des informations continues sur la structure et l’extension des nappes sans avoir recours à des forages systématiques.
La tomographie électrique
Cette méthode repose sur l’injection d’un courant électrique dans le sol et la mesure de la résistivité des matériaux traversés. Les formations saturées en eau, généralement moins résistives que les terrains secs, sont ainsi facilement détectables.
Les avantages de la tomographie électrique comprennent entre autres :
- Cartographie précise des aquifères, utile pour optimiser l’implantation de captages.
- Identification des discontinuités géologiques, comme les failles pouvant influencer l’écoulement des eaux souterraines.
Bien que rapide et non invasive, cette technique nécessite d’être corrélée avec des forages pour affiner l’interprétation des résultats.
La prospection électromagnétique
Basée sur la mesure des variations du champ électromagnétique, cette technique permet de localiser les zones de saturation en eau et d’évaluer la conductivité électrique des formations souterraines. Elle est particulièrement utile pour :
- Identifier les nappes profondes, non accessibles par les méthodes traditionnelles ;
- Détecter la pollution des eaux souterraines, en repérant les anomalies conductrices liées à la présence de contaminants.
Souvent utilisée en complément de la tomographie électrique, elle permet d’affiner les modèles hydrogéologiques sans interventions intrusives.
4. L’analyse en laboratoire des échantillons
L’étude des aquifères ne se limite pas aux mesures de terrain. Les échantillons d’eau et de sol prélevés lors des forages et essais sont analysés en laboratoire pour affiner la compréhension du système hydrogéologique.
- Analyse chimique de l’eau : permet de déterminer des paramètres comme le pH, la conductivité, la salinité et la présence de polluants tels que les nitrates ou les métaux lourds.
- Analyse granulométrique des sols : essentielle pour identifier les formations favorisant l’infiltration de l’eau ou, au contraire, celles jouant un rôle de confinement.
Ces analyses permettent d’établir des corrélations avec les observations de terrain et d’affiner la modélisation des écoulements souterrains.
Conclusion
Les études hydrogéologiques mobilisent une large gamme de méthodes, alliant analyses documentaires, investigations in situ et techniques de laboratoire. La combinaison de ces approches permet d’obtenir une vision complète des ressources en eau souterraine et d’optimiser la gestion des aquifères.
