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BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Webconférence
« Généralités sur les eaux
souterraines »
ATBVB
29 mai 2020
Flora LUCASSOU, [email protected]
BRGM
Direction Régionale Bretagne
> 2BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Programme de la webconférence
> Webconférence = 1ère partie de la formation
ATBVB-BRGM « Eau souterraine –
Hydrogéologie en Bretagne » reportée au 2nd
semestre 2020
• Présentation rapide du BRGM (5 min)
• Rappels sur la géologie bretonne (10 min)
• Généralités sur les eaux souterraines (1h)
– Le cycle de l’eau - Origine des eaux souterraines
– Caractéristiques des aquifères
– Ecoulements souterrains
– Les différents types d’aquifères
– Relations nappe / rivière - mer et notion de bassin versant
• Temps d’échanges (30 min)
> 3BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Programme de la formation (2nd semestre)
> Suite du programme de la formation :
• Exploitation des eaux souterraines
– Où trouver des eaux souterraines ?
– Consultation des données existantes sur le sous-sol (Banque du
Sous-Sol, InfoTerre) et les eaux souterraines (SIGES Bretagne)
– L’exécution d’un forage au marteau-fond-de-trou
– Informations à recueillir en cours de foration
– Equipement d’un forage/d’un puits et abandon
– Utilisation d’un piézomètre
• Composition chimique des eaux souterraines
– Acquisition de la minéralisation
– Qualité chimique des eaux souterraines bretonnes
– Dénitrification
– Biseau salé
– Transfert de polluants
– Site internet ADES
> 4BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Programme de la formation (2nd semestre)
• Réseau piézométrique régional
– Présentation du réseau
– Où trouver les données (ADES et SIGES Bretagne) ?
– Bulletins de situation des niveaux de nappe
• Essais de pompage
• Règlementation applicable aux forages (code Minier, Loi sur l’eau,
géothermie, …)
• Autres données sur les eaux souterraines disponibles dans le SIGES
Bretagne
• Echanges avec les participants et retours d’expérience
> 5BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
BRGMSERVICEGÉOLOGIQUENATIONAL
Le BRGM est l’établissement public
de référence dans les applications
des sciences de la Terre pour
gérer les ressources et les risques
du sol et du sous-sol.
Son action est orientée vers la recherche
scientifique, l’appui aux politiques
publiques et la coopération
internationale.
Comprendreles phénomènes géologiqueset les risques associés.
Développerdes méthodologieset des techniques nouvelles.
Produire et diffuserdes donnéespour la gestion du sol,du sous-sol et des ressources.
Mettre à dispositionles outils nécessaires à la gestion du sol, du sous-sol et des ressources,à la prévention des risques et des pollutions, aux politiques de réponse au changement climatique.
Plus de1000salariés
Présentation du BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières)
> 6BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Présentation du BRGM
> 7BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Le BRGM a pour ambition de répondre à des enjeux majeurs pour notre société, plus particulièrement à ceux liés au changement climatique, à la transition énergétique et au développement de l’économie circulaire.
Autour des géosciences, le BRGM développe une expertise pour contribuer à une gestion harmonisée et un usage maîtrisé du sol et du sous-sol des villes et des territoires.
Géologieet connaissance du sous-sol
Risques et aménagement du territoire
Données, serviceset infrastructures numériques
Gestion des eaux souterraines
Transition énergétique et espace souterrain
Ressourcesminérales et économie circulaire
Présentation du BRGM
> 8BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Présentation du BRGM
Siège à
Orléans
Plus de1000
salariés
BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Rappels sur la géologie
bretonne
> 10BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
La géologie bretonne
> 11BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
La géologie bretonne
> 12BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
La géologie bretonne
Chaîne cadomienne
Chaîne hercynienne
Extension paléozoïque
La chaine cadomienne de 700 à 520 Ma
L’extension paléozoïquede 500 à 350 Ma
La chaine hercynienne de 360 à 300 Ma
> 13BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
La géologie bretonne
Ouverture de l’Océan Atlantique Remontée de la plaque
africaine
> 14BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
La géologie bretonne
Superpositionde l’altération,
et des failles
de la lithologie,
BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Généralités sur les eaux
souterraines- Cycle de l’eau
- Caractéristiques des aquifères
- Ecoulements souterrains
- Les différents aquifères
- Relations nappe – rivière – mer
> 16BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Le cycle de l’eau
Infiltration
> 17BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
> Aquifère = roche + nappe d’eauFormation perméable qui permet l’écoulement d’une nappe d’eau
souterraine et le captage d’une quantité d’eau appréciable (exploitable)
Notion de porosité : l’eau occupe des interstices souvent
microscopiques
Définitions
Roches de socle
> 18BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Définitions
Dans la zone non saturée, l’eau n’est
présente que sous forme d’humidité (les
interstices contiennent aussi de l’air).
Niveau piézométrique (battement)
Dans la zone saturée, l’eau occupe la
totalité des vides disponibles (fissures,
pores des sédiments ou des roches).
Une nappe est donc l’ensemble des eaux
comprises dans la zone saturée d’un aquifère
ruissellement
infiltration
> 19BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Bilan hydrologique
Bilan annuel
≈ 2/3 de la pluie
Ruissellement +
infiltration ≈ 1/3
de la pluie
≈ 50% infiltration ≈ 50% ruissellement
> 20BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Réserve Facilement Utilisable (RFU)
Quantité d'eau du sol en-dessous de laquelle une
plante flétrit.
La RFU est exprimée en mm.
Calculée à partir de modèles.
RFU = 100 mm
BILAN HYDROLOGIQUE
P = ETR + Δ(RFU) + R + I
Pluie efficace (Peff) = ruissellement (R) + infiltration (I)
> 21BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Évapotranspiration potentielle (ETP) :valeur maximale possible d’évapotranspiration dans des
conditions climatiques données d’une prairie en pleine
croissance, fauchée régulièrement et maintenue humideETP calculée avec des paramètres climatiques
Évapotranspiration réelle (ETR) : volume d’eau réellement
évapotranspiré selon les réserves d’eau disponibles (non connu
calcul à partir ETP)
Si P > ETP, la différence comble d’abord la RFU puis Peff
Si P < ETP, la différence ETP-P est prélevée sur la RFU jusqu’à
épuisement de celle-ci
Evapotranspiration potentielle et réelle
> 22BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Précipitations
Évapotranspiration
Etat de la végétation
Humidité
du sol (RFU)
Zon
e
non
satu
rée
Zon
e
satu
rée
Aqu
ifère
Période de recharge ?
Ruissellement+ infiltration
> 23BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Précipitations moyennes en Bretagne (1997-2006)
> 24BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Peff = Ruissellement + Infiltration
Précipitations efficaces moyennes en Bretagne (1946-2001)
> 25BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Milieu poreux / fissuré et types de nappe
> 26BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Principaux types d’aquifères
Milieu poreux
Milieu fissuré
Milieu karstique
> 27BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Bassin Tertiaire
Cours d’eau
AlluvionsPuits
Forage
Source
Puits
Fracture profonde
Forage implanté dans le milieu fracturé plus profond
Surface piézométriqueSource
Socle sain
Socle fissuré
Socle altéré
Forage implanté
dans le milieu
fissuré
La ressource en eau souterraine en Bretagne> Les aquifères bretons
• Aquifères de socle
• Bassins tertiaires
• Aquifères alluviaux (rivières)
> 28BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Schéma de principe - Aquifères de socle
Schéma conceptuel des aquifères de socle ( R. Wyns, 1998 et 2004)
> 29BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
POROSITE
eau liée
eau libre
propriété d’un milieu de comporter des vides interconnectés ou non exprimée quantitativement par le rapport du volume des vides sur le volume total du milieu
POROSITE
rapport volume d’eau libre sur volume des vides
POROSITEEFFICACE
valeurs exprimées en %
> 30BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Porosité efficace
----------------------------------
Graviers
Sable et graviers
Sable fin, grès
Graviers
argileux/cimentés
Sables argileux
Argile
25 %
20 %
10 %
5 %
2 - 4 %
< 1 %
Craie
(p. totale)
2 à 5 %
40%----------
Maxi
Hétérométrie
Cimentation
Eau liée
> 31BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Paramètres hydrodynamiques
PERMÉABILITÉ (K) caractérise la fonction conductricede l’aquifère [en m/s]
TRANSMISSIVITE (T) caractérise la capacité de transfert de l’aquifère [en m²/s]
COEFFICIENT D’EMMAGASINEMENT (S) caractérise la fonction réservoir de l’aquifère (capacité à stocker et déstocker) [sans unité, parfois exprimé en %]
> 32BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
PERMEABILITE - LOI DE DARCY
Q = K . S . (H1 - H2) / L
L
H1
H2
Q
Q
S
S : section de passageK : perméabilité du milieu poreux
PERMEABILITE - LOI DE DARCY
m3/s m/s m² m m
> 33BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Classement des rochesen fonction de leur
perméabilité-------------------------
Valeurs exprimées en m/s
10-2
10-5
10-9
10-13
- Graviers - Sables purs - Sables très fins - Argiles- Gravillons - Sables et - Silts et homogènesdépourvus
d’éléments finsgraviers
dépourvusd’éléments fins
mélanges sableset argiles
- Grès
> 34BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Transmissivité (T)Volume d’eau qui peut traverser un prisme d’aquifère sous l’effet d’une différence
de charge unitaire (T en m²/s)
T (m²/s) = K (m/s) x e
avec e = épaisseur aquifère en
m
vitesse à laquelle l’eau traverse
les vides du terrain x
hauteur du terrain mouillé
> 35BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Coefficient d’emmagasinement (S)
L’abaissement du niveau
dans une nappe libre
libère beaucoup plus
d’eau que dans une
nappe captive
1 m
Le coefficient d’emmagasinement S est le volume d’eau libéré par un prisme
vertical de terrain aquifère par m2 et par m.
Nappe libre
S = porosité efficace
Nappe captive
S << porosité efficace
Toit
imperméable
Zone dénoyée
Zone non saturée
Différence de
pression de 1 m
Baisse de
niveau de 1 m
Scaptif < 10-3Slibre > 10-2
> 36BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Point de
mesurez
g
p
VARIABLE DESCRIPTIVE DES ÉCOULEMENTS CHARGE HYDRAULIQUE (exprimée en m)
zg
pH
est la masse volumique de l’eau (kg/m3)
g est l’accélération de la pesanteur (9.807 m/s2)
Somme d’un terme de pression et d’un terme de position Varie dans l’espace et le temps : H = H(x,y,z,t) La différence de charge entre deux points H2 –H1 est le moteur de l'écoulement
Charge hydraulique
> 37BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
• synthèse de données hydrogéologiques
• schématise le comportement de l’aquifère
• son interprétation permet d’étudier :
– la morphologie de la surface de la nappe
– la répartition de la perméabilité
– les trajectoires d’écoulement
Carte piézométrique
> 38BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Carte piézométrique
Ligne de courant
> 39BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
• Liées aux facteurs météorologiques, hydrologiques ou
géologiques
• Les variations cycliques sont saisonnières,
pluriannuelles ou de courte durée et ont pour origine :
• les précipitations, l’évapotranspiration
• des variations au niveau de l’exutoire de la nappe
(nappe alluviale, nappe littorale,…)
• Le « délai de réponse » de la variation est fonction
principalement de la géologie (perméabilité, structure,..) :
nappe « réactive » ou non,…
Variations naturelles de la surface piézométrique
> 40BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Bassin versant : surface, délimitée par une ligne de partage des
eaux, où toutes les eaux se dirigent vers le même exutoire (sortie)
Ligne de partage
des eaux
Bassin versant
> 41BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
RELATIONS NAPPES - RIVIERES
Relations nappes-rivières
> 42BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FRBRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Relations nappes-rivières
Mougin, 2008
Cartes SILURES Bretagne : http://sigesbre.brgm.fr/Cartes-SILURES-Bretagne-et-explications.html
> 43BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
• RDV au 2nd semestre pour la formation « Eau souterraine –
Hydrogéologie en Bretagne »
• Article du SIGES Bretagne : « Les eaux souterraines bretonnes en
bref »
• Sites internet :
Pour en savoir plus
Portail géologique national
Banque du Sous-Sol (BSS), cartes géologiques,
rapports BRGM, …
Accès aux Données sur les Eaux Souterraines
Qualité et quantité (niveau des nappes)
Système d’Information pour la Gestion
des Eaux Souterraines
Portail régional sur les eaux souterraines
EA
U S
OU
TE
RR
AIN
EG
EO
LO
GIE
http://www.sigesbre.brgm.fr
http://www.ades.eaufrance.fr
http://infoterre.brgm.fr
> 44BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
• Des questions sur ce qui a été présenté ce matin ?
• Des demandes particulières pour la formation du
2nd semestre ?
Merci de bien vouloir vous présenter
avant de poser votre question
Temps d’échanges
> 48BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR
Siège et Centre scientifique et technique
3, avenue Claude-GuilleminBP 36009
45060 Orléans Cedex 2 - FranceTél.: +33 (0)2 38 64 34 34
Service géologique national
Le brgm en Bretagne
Direction Régionale Bretagne2, rue de Jouanet
35700 RENNESTél. : 02 99 84 26 70
Merci de votre attention !