Qu’est-ce qu’un aquifère karstique ?

Nouvel article publié en septembre 2022

Qu’est-ce qu’un karst   ?

Le karst   est un paysage résultant de processus particuliers d’érosion : la karstification. Ces processus sont commandés par la dissolution des roches carbonatées (calcaires et dolomies) constituant le sous-sol des régions concernées. C’est l’eau de pluie infiltrée dans ces roches qui assure cette dissolution hydrochimique. L’eau acquiert l’acidité nécessaire à la mise en solution de la roche en se chargeant de gaz carbonique (CO2) produit dans les sols par les végétaux et les colonies bactériennes.

Le paysage de surface, constitué en général de dépressions fermées (appelées dolines, pour les petites, et poljés, pour les plaines d’inondation), est associé à un paysage souterrain de grottes et de gouffres. Le karst   est par conséquent un paysage créé par les écoulements d’eau souterraine. L’eau circule en son sein, s’y accumule et émerge par des sources aux débits souvent considérables mais très fluctuants dans le temps.

Schéma représentant un paysage karstique, source : Guide technique n°3 : Connaissance et gestion des ressources en eaux souterraines dans les régions karstiques, rédigé par Michel BAKALOWICZ, juin 1999

Au-delà d’être un paysage, le karst   est également un aquifère : l’aquifère karstique  .

Qu’est-ce qu’un aquifère karstique   ?

Les aquifères karstiques sont des aquifères particuliers et singuliers du fait de leur genèse, leur structure et leur fonctionnement. Les dimensions de leurs vides présentent une très grande variabilité, depuis les fissures micrométriques à millimétriques jusqu’à des conduits de quelques dizaines de mètres de section et longs de plusieurs kilomètres. Il en résulte des vitesses d’écoulement à l’intérieur de l’aquifère très variables, allant de moins de quelques centimètres par heure à plusieurs centaines de mètres par heure. Ces circulations souterraines très rapides sont l’une des principales caractéristiques hydrogéologiques des aquifères karstiques.

Le karst   possède une zonation morphologique et hydrodynamique qui s’organise principalement de manière verticale. Cette approche hydrogéologique permet de différencier trois parties :

  • La zone épikarstique représente la partie la plus proche de la surface. Cette zone altérée, épaisse de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, constitue un milieu à porosité et à perméabilité importante (5 à 10 %). Au moment des pluies, cette zone rassemble l’eau d’infiltration dans une nappe perchée locale et discontinue, drainée vers le bas, soit par les vides les plus larges en un ruissellement souterrain rapide, soit par les vides de petites dimensions, en une infiltration lente écoulant un mélange d’air et d’eau. Elle est donc le siège d’un stockage temporaire des écoulements, et constitue un aquifère perché épikarstique où les écoulements horizontaux sont prépondérants. C’est la zone où agit la végétation et où se développent les dépressions et les fentes dans la roche. Les lapiaz et les dolines font partie de cette zone ; elles permettent l’infiltration de l’eau de pluie ou de ruissellement qui sera stockée de manière temporaire ou qui court-circuitera cette zone aquifère pour rejoindre la zone noyée via des conduits verticaux.
  • La zone d’infiltration est constituée par la partie non saturée de l’aquifère au sein de laquelle des écoulements lents prennent place dans les fines fissures et des écoulements rapides au niveau de conduits verticaux plus ou moins connectés au réseau de conduits karstiques de la zone noyée.
  • La zone noyée correspond à la zone de stockage des eaux. Elle se développe principalement à l’aval, sans nécessairement s’étendre à l’ensemble d’un massif. Il faut y distinguer les drains (dont certains peuvent être assimilés à des rivières souterraines) qui assurent la fonction transmissive de l’aquifère, et les « systèmes annexes au drainage » (ou SAD), situés dans la partie avale, de part et d’autre des drains et qui assurent la fonction capacitive ou de stockage. La porosité peut ici atteindre 15 %.

De plus, en fonction de la genèse de ces aquifères, les drains peuvent s’organiser à proximité même de la surface piézométrique   ou au contraire, à grande profondeur (karst   de type jurassien ou vauclusien). Ces deux types de configuration ne seront pas en relation avec la structure géologique. Seule une étude fonctionnelle basée sur l’analyse du signal des débits permet de dire s’il existe ou non des réserves.

Schéma de fonctionnement d’un système karstique (d’après Alain Mangin, 1975)

En fonction des modalités d’arrivées des eaux de recharge, il est possible de distinguer deux types de systèmes karstiques :

  • Les systèmes karstiques unaires, lorsque le système est entièrement alimenté dans les calcaires (système karstique   = aquifère karstique  ) ;
  • Les systèmes karstiques binaires lorsque l’aquifère karstique   proprement dit est alimenté en partie non négligeable par du ruissellement de surface (système karstique   = aquifère karstique   + bassin de surface drainé par des pertes).
Les deux types de systèmes karstiques extrait du Guide technique n°3 : Connaissance et gestion des ressources en eaux souterraines dans les régions karstiques, rédigé par Michel BAKALOWICZ, juin 1999

Pour aller plus loin, vous pouvez consulter la rubrique « Karst » du SIGES Aquitaine, mais aussi le guide technique N°3 « Connaissance et gestion des ressources en eaux souterraines dans les régions karstiques » rédigé par Michel Bakalowicz et édité par l’AERM&C en 1999.

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