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Hydrogéologie Objets, méthodes, applications Hydrogéologie Objets, méthodes, ap

Hydrogéologie Objets, méthodes, applications Hydrogéologie Objets, méthodes, applications 5e édition Éric Gilli Professeur à l’université Paris 8 (Vincennes-Saint-Denis) Christian Mangan Hydrogéologue-conseil à Cannes Jacques Mudry Professeur honoraire à l’université de Franche-Comté (Besançon) Illustration de couverture : Seljalandsfoss, ON-Photography-Adobe Stock.com © Dunod, 2008, 2012, 2016, 2021 11, rue Paul Bert – 92240 Malakoff ISBN 978-2-10-081913-3 © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. Table des matières AVANT-PROPOS XV LISTE DES ABRÉVIATIONS XVI PARTIE I NOTIONS D’HYDROGÉOLOGIE CHAPITRE 1 • DÉFINITION ET HISTOIRE DE L’HYDROGÉOLOGIE 3 1.1 Étymologie et déﬁnition 3 1.2 Histoire 4 1.3 Les axes de recherche actuels 7 CHAPITRE 2 • PLACE DES EAUX SOUTERRAINES DANS LES SCIENCES DE LA TERRE 9 2.1 Eau souterraine et géodynamique externe 9 2.2 Eau et pétrole 10 2.3 Eau et gîtes minéraux 10 2.4 Transferts de ﬂuide profonds 11 2.5 Rôle de l’eau dans le magmatisme 11 CHAPITRE 3 • DÉBOUCHÉS DE L’HYDROGÉOLOGIE 12 3.1 L’eau source de vie 12 3.2 L’eau source de gêne 13 3.3 Protection et gestion des ressources en eau 13 3.4 Place et débouchés de l’hydrogéologie 14 VI Table des matières CHAPITRE 4 • LES CYCLES DE L’EAU 15 4.1 Le cycle interne 15 4.1.1 Origine de l’eau sur Terre 15 4.1.2 Cycle interne de l’eau 17 4.2 Répartition de l’eau 18 4.2.1 Le cycle de l’eau 20 4.2.2 Les systèmes hydrologiques et les bilans 22 4.2.3 L’évapotranspiration 24 CHAPITRE 5 • L’INFILTRATION DE L’EAU DANS LE SOUS-SOL ET LA NOTION D’AQUIFÈRE 29 5.1 Mécanisme de l’inﬁltration 29 5.2 Rôle de la structure et de la lithologie 31 5.3 Différents types d’aquifères (poreux, ﬁssurés, karstiques) 33 5.4 Importance relative selon les ensembles structuraux 35 5.4.1 Massifs anciens magmatiques et métamorphiques 35 5.4.2 Bassins sédimentaires 35 5.4.3 Chaînes alpines et méditerranéennes 35 5.4.4 Piémonts des chaînes alpines 36 5.4.5 Pays volcaniques 36 5.4.6 Plateaux calcaires 36 CHAPITRE 6 • LES AQUIFÈRES POREUX ET LA CIRCULATION DE L’EAU DANS LE SOUS-SOL 38 6.1 Caractéristiques hydrodynamiques 39 6.2 La loi de Darcy, ses domaines d’application 39 6.3 Paramètres hydrodynamiques de la nappe 40 6.4 La circulation de l’eau dans le sous-sol : la piézométrie 41 CHAPITRE 7 • LES AQUIFÈRES FISSURÉS 43 7.1 Répartition mondiale et importance économique 43 7.2 L’hydrogéologie africaine 45 CHAPITRE 8 • LES AQUIFÈRES KARSTIQUES 48 8.1 La karstiﬁcation 48 8.1.1 Phénomène 48 8.1.2 Polyphasage 50 8.2 L’hydrosystème karstique : organisation spatiale 51 8.2.1 Principe général 51 8.2.2 Exemples 52 Table des matières VII © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. 8.3 Conséquences pour le fonctionnement 53 8.3.1 Fonctionnement hydraulique 53 8.3.2 Conséquences qualitatives 54 8.4 Le plus grand aquifère karstique de France : la fontaine de Vaucluse 55 8.4.1 Description générale 55 8.4.2 Origine du système 58 CHAPITRE 9 • LES AQUIFÈRES INSULAIRES ET LITTORAUX 60 9.1 L’affrontement de deux milieux 60 9.1.1 Répartition et importance économique 60 9.1.2 Le biseau ou coin salé 61 9.1.3 Action anthropique 62 9.1.4 Incidence des variations de niveau de la mer 63 9.2 Aquifères karstiques littoraux 64 9.2.1 Particularités des sources karstiques littorales et sous-marines 65 9.2.2 Origine de sources karstiques sous-marines 66 9.2.3 Hypothèses sur le fonctionnement 67 9.2.4 L’exemple des moulins d’Argostoli 70 9.2.5 L’exemple de Port Miou 71 9.3 L’hypereustatisme et ses conséquences 75 CHAPITRE 10 • LES EAUX THERMOMINÉRALES ET LA GÉOTHERMIE 76 10.1 Déﬁnition 76 10.2 Origine de la chaleur 77 10.2.1 Eaux juvéniles 77 10.2.2 Réchauffement et minéralisation secondaires 77 10.3 La géothermie 80 CHAPITRE 11 • LA QUALITÉ DES EAUX 84 11.1 Caractéristiques naturelles 84 11.2 Les contaminants naturels 85 11.2.1 Dissolution et altération 85 11.2.2 Biseau salé 85 11.2.3 Milieux conﬁnés 86 11.2.4 Matière organique naturelle 86 11.3 Les pollutions anthropiques 86 11.3.1 Pollution domestique 86 11.3.2 Pollution urbaine 86 11.3.3 Pollution industrielle 87 11.3.4 Pollution agricole 87 VIII Table des matières 11.4 Les contaminations induites par l’activité humaine 88 11.5 L’autoépuration 88 PARTIE II OUTILS ET MÉTHODE DE L’HYDROGÉOLOGIE CHAPITRE 12 • DOCUMENTATION PRÉALABLE 93 12.1 Cartes topographiques et géologiques 93 12.2 Inventaires et ﬁchiers 94 12.3 Publications et rapports inédits 94 12.4 Cartographie numérique 95 CHAPITRE 13 • ÉTUDE DE LA GÉOMÉTRIE DES RÉSERVOIRS AQUIFÈRES 96 13.1 Observations et reconnaissances de terrain 96 13.2 Prospection géophysique 99 13.2.1 Caractéristiques générales 99 13.2.2 Limites des méthodes géophysiques 104 13.3 Sondages de reconnaissance 105 13.4 Puits, tranchées et galeries de reconnaissance 106 13.5 Synthèse géométrique 106 CHAPITRE 14 • CARACTÉRISATION DES AQUIFÈRES 110 14.1 Inﬁltration de l’eau 110 14.2 Restitution de l’eau 112 14.2.1 Nature et localisation des sources 112 14.2.2 Conditions d’émergence 113 14.2.3 Débit et régime des sources 114 14.3 Échanges entre réservoirs aquifères 115 14.4 Piézométrie des nappes 117 14.4.1 Définitions et méthodes 117 14.4.2 Cartes piézométriques 118 14.4.3 Variations piézométriques 122 14.5 Essais d’eau et pompages d’essai 123 14.5.1 Mesures en laboratoire 123 14.5.2 Essais ponctuels en puits ou sondages 124 14.5.3 Pompages d’essai 125 Table des matières IX © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. 14.6 Les analyses d’eau 129 14.6.1 Les analyses physico-chimiques 130 14.6.2 Les isotopes 137 14.6.3 Les analyses microbiologiques 139 14.7 Les méthodes d’étude des aquifères karstiques 140 14.7.1 Particularités du karst 140 14.7.2 Études paléogéographiques 140 14.7.3 Études hydrométriques et physico-chimiques 141 14.7.4 La spéléologie 142 14.7.5 Les traçages d’eau ou traçages d’essais 144 14.7.6 Les essais de vidange prolongée 148 14.8 La modélisation des écoulements souterrains 150 14.8.1 Définition et objectif d’un modèle numérique 150 14.8.2 Création d’un modèle 150 14.8.3 Modèles déterministes, spatialisés ou maillés 151 14.8.4 Modèles stochastiques ou globaux 152 14.8.5 Choix et ﬁabilité des modèles 152 CHAPITRE 15 • SYNTHÈSES HYDROGÉOLOGIQUES ET BILANS 155 CHAPITRE 16 • SOURCIERS ET SOURCELLERIE 159 PARTIE III LA RESSOURCE EN EAU CHAPITRE 17 • LES BESOINS EN EAU ET LEUR ÉVOLUTION 163 17.1 Consommation d’eau 163 17.2 Usages domestiques et agriculture 165 17.2.1 L’AEP : alimentation en eau potable 165 17.2.2 Fonctionnement urbain 166 17.2.3 Agriculture 167 17.2.4 Mise en bouteilles 167 17.3 Usages techniques de l’eau souterraine 168 17.3.1 Énergie hydraulique et hydroélectricité 168 17.3.2 Refroidissement des centrales thermiques et nucléaires 169 17.3.3 Pompes à chaleur et géothermie 169 17.3.4 Industrie 169 X Table des matières CHAPITRE 18 • L’EXPLOITATION DES AQUIFÈRES 171 18.1 Recherches préalables 171 18.2 Méthodes de captage 172 18.2.1 Captages de sources 172 18.2.2 Tranchées drainantes et galeries drainantes 173 18.2.3 Puits et puits à drains rayonnants 174 18.2.4 Forages d’eau 175 18.3 Entretien des captages 176 18.4 L’exploitation des aquifères littoraux 177 18.4.1 Cas généraux 177 18.4.2 Les aquifères karstiques littoraux 179 CHAPITRE 19 • LA PROTECTION DES AQUIFÈRES 182 19.1 La réglementation européenne 182 19.2 Le contrôle sanitaire de l’eau potable 182 19.3 Vulnérabilité, aléa, risque 186 19.3.1 Vulnérabilité 186 19.3.2 Aléa et risque 186 19.4 Les périmètres de protection 187 19.4.1 Périmètre de protection immédiate (PPI) 188 19.4.2 Périmètre de protection rapprochée (PPR) 189 19.4.3 Périmètre de protection éloignée (PPE) 190 19.4.4 Périmètres de protection satellites (PPIs ou PPRs) 190 19.5 Le problème des nitrates 191 19.6 Efﬂuents domestiques et assainissement 193 19.7 L’épuration 193 19.7.1 L’épuration autonome 194 19.7.2 L’épuration collective 194 CHAPITRE 20 • LA GESTION DES AQUIFÈRES 196 20.1 Déﬁnition 196 20.2 Les études 198 20.2.1 L’acquisition des données, les contrôles et les suivis sur les bassins 198 20.2.2 L’acquisition de la connaissance au niveau de l’aquifère 200 20.3 Les actions sur les aquifères 201 20.3.1 Actions quantitatives 201 20.3.2 Actions qualitatives 208 20.4 L’optimisation de l’exploitation des aquifères karstiques 211 20.4.1 Barrages souterrains 211 20.4.2 Le cas de la source du Lez 211 Table des matières XI © Dunod – Toute reproduction non autorisée est un délit. CHAPITRE 21 • EXEMPLES DE RECHERCHE D’EAU POUR AEP 215 21.1 Exploitation d’une nappe libre (Mouans-Sartoux, Alpes-Maritimes) 215 21.2 Exploitation d’une nappe captive (bassin du Paillon, Alpes-Maritimes) 218 PARTIE IV HYDROGÉOLOGIE DU GÉNIE CIVIL CHAPITRE 22 • L’EAU ET LA CONSTRUCTION 223 22.1 Fluctuations naturelles de la nappe 223 22.2 Inﬂuence des ouvrages établis en terrain aquifère 225 22.2.1 Rôle de barrière hydraulique 225 22.2.2 Rabattement provoqué 226 CHAPITRE 23 • LES MOUVEMENTS DE TERRAIN 228 23.1 L’eau et les instabilités 228 23.2 Les glissements 229 23.2.1 Caractéristiques et particularités des glissements 229 23.2.2 Causes des glissements 230 23.2.3 Traitement des glissements 230 23.2.4 Exemple du glissement de la Clapière (Alpes-Maritimes, Saint-Étienne-de-Tinée) 234 23.2.5 Exemple du glissement d’Ardisson (Alpes-Maritimes, La Trinité) 236 23.2.6 Exemple du glissement du Quiaus (Alpes-Maritimes, Gorbio) 239 23.3 Les affaissements et effondrements 241 23.3.1 Caractérisation et causes 241 23.3.2 Évolution naturelle 242 23.3.3 Impact des actions humaines 245 23.3.4 Exemple d’effondrements à Mougins (Alpes-Maritimes) en 1998 248 CHAPITRE 24 • LES TRAVAUX SOUTERRAINS 254 24.1 Problèmes posés par l’eau souterraine 254 24.2 Incidence des eaux souterraines sur la conduite des travaux 254 24.3 Impact hydrogéologique des tunnels sur leur environnement 258 24.4 Exemple du tunnel ferroviaire de Braus (Alpes-Maritimes) 259 24.4.1 Caractéristiques générales 259 24.4.2 Conditions géologiques et hydrogéologiques 259 XII Table des matières 24.4.3 Problèmes hydrogéologiques posés par le creusement du tunnel 261. 24.4.4 Enseignements à tirer uploads/Geographie/ feuilletage-988.pdf