Les eaux souterraines: captage, exploitation et gestion

I.3. L'EAU DE SURFACE ET DU SOUS-SOL

I.3.1. Propriétés de l'eau

L'eau a une molécule rigide à liaison hydrogène de masse volumique de 999,8 à 0° C et 958,4 à 100° C (maximale à 3,98° ; 999,972 kg/m³)^6(*). L'eau pure est inodore et sans goût. Elle a une teinte bleuâtre, qui peut être perçue uniquement lorsqu'elle forme une couche épaisse. Sous une pression atmosphérique normale (760 mm de mercure ou 760 torr), le point de congélation de l'eau est de 0 °C et son point d'ébullition est de 100 °C. L'eau atteint sa densité maximale à une température de 4 °C et se dilate en se congelant. Comme la plupart des autres liquides, l'eau peut se trouver dans un état surfondu, c'est-à-dire qu'elle peut rester à l'état liquide à une température inférieure à son point de congélation : elle peut facilement être refroidie à - 25 °C sans se congeler. L'eau surfondue se congèle lorsque sa température est abaissée ou lorsqu'un cristal de glace ou une autre particule lui est ajouté.

Ses propriétés physiques ont fait de l'eau un étalon pour les échelles de température et pour la définition originale de l'unité de masse dans le système métrique, le gramme.

L'eau est l'un des agents ionisants les plus connus. Comme la plupart des substances sont solubles dans l'eau, on l'appelle fréquemment le solvant universel. L'eau s'allie avec certains sels pour former des hydrates et réagit avec des oxydes de métaux pour former des acides. Elle est utilisée comme catalyseur dans de nombreuses réactions chimiques importantes.

I.3.2. Les différents types d'eau souterraine

Sous l'aspect hydrogéologique, une roche contient de l'eau sous différentes formes :^7(*)

· Eau de constitution entrant dans la structure cristalline des minéraux (le gypse par exemple a pour formule CaSO₄.2H₂O) ;

· Eau adsorbée à la surface des minéraux par des interactions électrostatiques ;

· Eau non-libre située dans les pores fermés et inclusions fluides ;

· Eau libre circulant dans les pores et les fissures.

I.3.3. Systèmes et temps de résidence

Un sous-système est une partie discrète d'un système plus grand. Par exemple un océan est un sous-système du cycle hydrologique global. On parle généralement du temps de résidence de l'eau dans un sous-système particulier. Si ce sous système est très grand et la vitesse d'échange de l'eau avec les autres sous-systèmes est lente, le temps de résidence d'une molécule sera élevé. A l'inverse, si la vitesse d'échange est grande et le sous-système petit ; le temps de résidence sera faible. On définit ainsi :

Temps de résidence = volume du sous-système / vitesse d'échange

Par exemple :

Le volume total des océans est d'environ 1,35.10⁹ km³. La vitesse d'échange avec l'atmosphère et les rivières est d'environ 3,7.10⁴ km³ par an. Le temps de résidence est donc de l'ordre de 36500 ans. Le volume de l'atmosphère est d'environ 3,7.10⁴ km³. Le flux moyen annuel d'évaporation est de 4,2.10⁵ km³, cela donne un temps moyen de résidence de 0,031 an soit 11 jours^8(*).

Ce concept est important en hydrogéologie car un aquifère est souvent de grande taille et le flux vers d'autres aquifères ou vers la surface est relativement faible. Cela signifie que les eaux souterraines ont des temps de résidence variant entre quelques jours et plusieurs milliers d'années. En comparaison, les rivières et l'atmosphère ont des temps de résidence de quelques jours à quelques semaines. Ainsi, il est beaucoup plus facile et rapide de dépolluer une rivière qu'un aquifère où il faudra plusieurs années pour chasser les polluants.

* ⁶Microsoft Encarta : encyclopédie, 2009

* ⁷François R. : Cours d'hydrogéologie, UJF-Grénoble, France, 2002, p.4.

* ⁸François R. : Cours d'hydrogéologie, UJF-Grénoble, France,2002, p.5.