L’accès à l’eau potable constitue l’un des défis majeurs de notre siècle, souvent au cœur des préoccupations environnementales mondiales. Cet épisode de Podcast Science nous invite à plonger sous nos pieds en compagnie de Thomas Klinka, hydrogéologue au Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM).

À travers cet échange riche, le scientifique lève le voile sur le milieu souterrain invisible pour expliquer d’où vient l’eau qui coule dans nos verres.

Ce qu’il faut retenir

  • L’image d’Épinal des grands lacs ou des rivières souterraines est un mythe : à de rares exceptions près, l’eau imprègne la roche comme une éponge géante et solide.
  • Les nappes souterraines et les cours d’eau de surface sont intimement connectés : en été, ce sont les nappes qui alimentent les rivières et maintiennent leur débit minimal.
  • Le véritable danger qui pèse sur les ressources souterraines réside dans leur immense inertie : une pollution peut mettre des décennies à atteindre une nappe et y rester piégée très longtemps.

Le fonctionnement du Bureau de recherches géologiques et minières

Le Bureau de recherches géologiques et minières, plus communément appelé BRGM, remplit le rôle de service géologique national français. Cet organisme public concentre son expertise sur l’étude du sol et du sous-sol afin de répondre à des problématiques sociétales majeures. Ses missions s’organisent autour de la cartographie géologique, de la prévention des risques naturels et de la décarbonation. La préservation des ressources en eau souterraine constitue également un pilier central de son activité scientifique.

Cette mission sur l’eau s’avère particulièrement cruciale en France : les deux tiers de l’eau potable consommée dans le pays proviennent directement des ressources souterraines. Le tiers restant provient des eaux de surface comme les rivières ou les lacs. L’action du BRGM ne se cantonne pas aux frontières nationales. L’établissement intervient régulièrement à l’échelle internationale pour conseiller des gouvernements étrangers confrontés à des crises de gestion hydrique.

Le quotidien d’un hydrogéologue combine le travail de terrain, l’ingénierie et la recherche fondamentale. Ces scientifiques collectent des données de niveau d’eau et réalisent des prélèvements chimiques pour comprendre les interactions avec le climat. De retour en laboratoire, ils élaborent des modèles numériques pour simuler l’évolution des ressources selon différents scénarios de stress climatique.

La distinction fondamentale entre contenant et contenu

Pour appréhender l’hydrogéologie, il convient de maîtriser deux termes essentiels : l’aquifère et la nappe. L’étymologie permet de saisir immédiatement la nuance entre ces notions. Le terme aquifère provient du latin et signifie littéralement « qui contient de l’eau ». Il désigne la structure physique, c’est-à-dire la roche poreuse ou fissurée qui sert de réservoir. La nappe correspond quant à elle au contenu liquide qui circule et stagne au sein de cet espace rocheux.

Les géologues distinguent principalement deux catégories de nappes selon leur configuration géologique : les nappes libres et les nappes captives. Une nappe est dite libre lorsque la couche rocheuse affleure directement à la surface du sol. L’eau y fluctue sans contrainte au gré des pluies et des pompages. Cette absence de protection naturelle la rend extrêmement vulnérable aux pollutions de surface.

À l’inverse, la nappe captive se situe en profondeur, emprisonnée entre deux couches géologiques imperméables, souvent composées d’argile. L’eau y est stockée sous forte pression. Si un forage perce la couche supérieure imperméable, la pression peut faire jaillir l’eau naturellement au-dessus du sol. Ce phénomène spécifique qualifie les nappes artésiennes, dont le nom provient de l’ancienne province de l’Artois.

Les interactions complexes de l’hydrosystème

L’eau de pluie, les rivières et les nappes souterraines ne fonctionnent pas de manière isolée : elles forment un hydrosystème interconnecté. Sous un climat tempéré, les précipitations représentent la source principale d’alimentation des nappes. Lorsqu’il pleut, une partie de l’eau s’évapore ou alimente la végétation. Le surplus s’infiltre profondément dans le sol pour reconstituer les réserves souterraines : il s’agit de l’infiltration efficace.

En temps normal, le flux s’écoule des points hauts vers les points bas de la topographie. Les cours d’eau constituent généralement ces points bas et agissent comme des collecteurs naturels. C’est pourquoi les rivières continuent de couler en été, même après plusieurs semaines sans pluie. Ce débit minimal est entièrement soutenu par la vidange lente des nappes environnantes.

Cependant, ce mécanisme peut s’inverser lors d’événements climatiques particuliers. En période de crue, le niveau de la rivière dépasse parfois celui de la nappe. L’eau de surface s’infiltre alors à travers les berges pour recharger temporairement le réservoir souterrain. De même, dans les zones arides, certaines rivières dites « perchées » s’écoulent bien au-dessus des nappes et s’y infiltrent en permanence.

La répartition des ressources hydriques en France et dans le monde

Le territoire français bénéficie d’une situation privilégiée grâce à son climat tempéré et à la diversité de sa géologie. Le sous-sol national abrite de grands bassins sédimentaires, à l’image du bassin parisien ou du bassin aquitain. Ces structures offrent de vastes nappes superposées très productives. Les plaines alluviales entourant les grands fleuves comme la Loire ou le Rhône recèlent également d’importantes réserves en eau douce.

Les massifs calcaires du Jura ou de la Provence présentent un fonctionnement différent. L’eau y dissout chimiquement la roche au fil des millénaires, créant des réseaux karstiques. Ces cavités permettent la formation de véritables rivières souterraines qui alimentent des sources au débit impressionnant. En revanche, les régions de socle ancien comme le Massif central ou les Alpes sont constituées de roches dures et imperméables. Les nappes y sont discontinues et limitées à de petites fissures superficielles.

À l’échelle mondiale, la santé des aquifères se révèle profondément inégale. Dans les zones arides, la recharge par les pluies est quasi nulle. Les populations dépendent exclusivement de nappes fossiles non renouvelables. L’eau s’y est accumulée il y a des milliers d’années sous un climat plus humide. L’exploitation intensive de ces réserves, notamment pour l’agriculture dans le désert saharien ou la péninsule arabique, s’apparente à une extraction minière qui condamne la ressource à l’épuisement.

L’impact du changement climatique sur la recharge

Le réchauffement planétaire perturbe l’équilibre des cycles hydrologiques. Les études menées dans le cadre de projets de modélisation nationale mettent en évidence une dichotomie marquée entre le nord et le sud du continent européen. Dans les régions septentrionales, les précipitations hivernales devraient augmenter, ce qui pourrait accroître la recharge des nappes pendant la saison froide. Toutefois, l’augmentation des températures printanières accélère l’évaporation et limite l’infiltration.

Dans les régions méridionales, les prévisions annoncent une baisse globale des précipitations et un allongement des périodes de sécheresse. Les pluies ont tendance à se concentrer sous forme d’épisodes intenses. Or, des précipitations violentes sur un sol desséché favorisent le ruissellement superficiel vers les cours d’eau plutôt que l’infiltration profonde.

Les nappes souterraines possèdent une forte inertie qui leur confère un rôle de tampon face aux aléas climatiques immédiats. Elles résistent mieux aux sécheresses saisonnières que les cours d’eau de surface. Néanmoins, si le déficit de recharge s’installe sur plusieurs années consécutives, la baisse globale des réserves devient inévitable. La hausse du niveau des mers menace également les aquifères côtiers en provoquant des intrusions d’eau salée.

Les outils de surveillance et de diagnostic de l’état des nappes

Pour suivre l’état de la ressource, le BRGM publie chaque mois un bulletin de situation hydrologique. Ce document s’appuie sur un réseau national de surveillance composé de milliers de piézomètres. Un piézomètre est un forage vertical de petit diamètre équipé d’un tubage protecteur. Des capteurs automatiques y mesurent la pression de l’eau pour déterminer l’altitude de la nappe.

Les données collectées sont centralisées dans la banque d’accès aux données sur les eaux souterraines, baptisée ADES. Ce portail public rassemble les mesures quantitatives mais aussi qualitatives issues des qualitomètres. Ces derniers permettent de suivre la chimie de l’eau et de détecter d’éventuelles contaminations.

La réglementation française s’appuie sur ces données scientifiques pour fixer les volumes de prélèvement autorisés. Les préfectures s’appuient sur des diagnostics intégrant l’hydrologie, les usages humains et les prévisions du climat. L’objectif est de définir un seuil de prélèvement qui préserve le débit des rivières et la survie des écosystèmes aquatiques. En cas de crise, l’État peut ainsi restreindre l’usage de l’eau pour l’industrie ou l’agriculture afin de garantir la priorité absolue : l’alimentation en eau potable.

Les menaces de pollution et les défis de la dépollution

La vulnérabilité des nappes libres face aux activités humaines représente un enjeu sanitaire majeur. Les polluants industriels, les résidus de pesticides et les composés chimiques émergents s’infiltrent lentement à travers le sol. Parmi ces substances, les polluants éternels ou substances perfluoroalkylées (PFAS) inquiètent particulièrement les scientifiques en raison de leur résistance exceptionnelle à la dégradation naturelle.

Lorsqu’une nappe est contaminée, le processus de dépollution s’avère extrêmement complexe et coûteux. Contrairement à une pollution en rivière qui s’évacue avec le courant, les molécules toxiques se fixent sur la matrice rocheuse ou se logent dans les microfissures. Extraire les polluants d’un aquifère s’apparente à essayer de retirer du sel d’une éponge humide.

Des techniques existent, comme le pompage-traitement, qui consiste à extraire l’eau pour la purifier en surface avant de la réinjecter. Pour certains polluants organiques, l’injection d’oxygène permet de stimuler les bactéries locales afin qu’elles digèrent les hydrocarbures. La priorité reste néanmoins la prévention et la suppression des sources de pollution à la surface. L’eau que nous consommons aujourd’hui s’est parfois infiltrée à l’époque de nos grands-parents : préserver le sous-sol actuel constitue notre responsabilité envers les générations futures.