Qu’est-ce qu’un aquifère alluvial ?

Les alluvions sont des formations géologiques datées du Quaternaire, soit il y environ 1,5 millions d’années, constituées de sables, graviers et galets, déposés par les cours d’eau. C’est l’alternance des cycles de dépôts et d’incision des cours d’eau, eux-mêmes dépendants des variations du niveau de la mer et des soulèvements tectoniques régionaux, qui a modelé le paysage et la morphologie des plaines alluviales.

Les aquifères ou nappes alluviales se développent dans les formations alluviales et sont en relation étroite avec les cours d’eau superficiels.

La morphologie des plaines alluviales est caractéristiques. Il en existe deux grands types :

Les terrasses étagées, dont les mécanismes de dépôts sont les suivants :

• Lors de la 1^re phase, la rivière coule en période froide et humide, dite glaciaire. Les débits et leurs variations sont alors importants. La rivière issue du front glaciaire est chargée en matériaux provenant de l’érosion des Pyrénées qu’elle dépose, on parle d’alluvions. Le cours d’eau est alors en phase de dépôt.
• Puis vient une période chaude et sèche (interglaciaire), où les variations de débit des cours d’eau sont plus faibles. La végétation est abondante et les débits trop faibles pour permettre l’érosion et les dépôts de matériaux. Le cours d’eau se met alors à creuser dans ses alluvions et dans la formation sous-jacente lors des périodes de forts courants. Un soulèvement des massifs lié à la tectonique des plaques, par exemple sur notre zone en lien avec la formation des Pyrénées, et/ou un abaissement du niveau de la mer peuvent venir renforcer cette dynamique d’incision.
• Puis revient une nouvelle période glaciaire où les débits redeviennent plus importants. La rivière élargit son lit et dépose des alluvions.
• Ensuite, une nouvelle phase interglaciaire arrive et la rivière creuse son nouveau lit jusque dans le substratum et ainsi de suite.

Il en résulte la formation de terrasses étagées, c’est-à-dire en marches d’escaliers, chaque niveau étant séparé par une remontée du niveau imperméable. Les terrasses les plus hautes sont les plus anciennes, et les plus basses et proches du cours d’eau sont les plus récentes.

Mécanismes de formation des terrasses étagées

Le second type de morphologie est celui des terrasses emboîtées, dont les mécanismes de dépôts sont les mêmes, sauf que lors des phases d’incision, le cours d’eau n’entaille pas complètement les alluvions déposés précédemment, ni le substratum imperméable. Dans ce système, les terrasses sont encastrées les unes dans les autres à la façon de poupées russes.

Lorsque le système alluvial repose sur une formation perméable comme des calcaires, il peut exister des échanges entre les aquifères contenus dans ces niveaux, les nappes alluviales et les cours d’eau.

Présentation des deux types de morphologie des terrasses alluviales, extrait du rapport BRGM/RP-55877-FR

Des particularités existent en fonction des différents niveaux de terrasse.

Pour les alluvions de la haute terrasse, seuls quelques lambeaux de hautes terrasses subsistent. Ils présentent une fraction argileuse issue de l’altération des éléments granitiques plus importante que celle des alluvions récentes, induisant une diminution de la perméabilité. Les nappes des hautes terrasses sont donc généralement peu développées et d’extension réduite.

Les moyennes terrasses sont également présentes sous forme de lambeaux, plus ou moins réduits, dominant les cours d’eau. L’altération y est très poussée et la perméabilité des terrains faible.

Les alluvions de la basse terrasse et de la basse plaine sont constitués par les graviers grossiers et les lentilles sableuses perméables. Pour la basse terrasse l’épaisseur est de 5 à 6 mètres, elle varie de 5 à 15 mètres pour la basse plaine. Ces alluvions sont surmontées d’une couverture de 0,5 à 2 mètres de limons argileux récents, due aux dépôts de crues. La perméabilité des alluvions est comprise entre 1.10^-4 et 1.10^-3 m/s-1 (Cavaillé et al., 1965).

Ces alluvions sablo-graveleuses de la basse terrasse et de la basse plaine contiennent une nappe libre qui est en relation hydraulique directe avec les grands cours d’eau. En effet, la basse terrasse est une terrasse emboîtées induisant une continuité hydraulique avec la basse plaine. Des zones de discontinuité peuvent cependant être observées localement.

Ces nappes soutiennent le débit des cours d’eau et permettent un soutien d’étiage en période estivale. Selon les endroits et en fonction de degré d’encaissement des cours d’eau dans la molasse, les rivières peuvent temporairement recharger la nappe en période de crue.

Les caractéristiques hydrogéologiques des nappes alluviales

Le réservoir aquifère alluvial est en général complexe et l’étude de ses caractéristiques géologiques est nécessaire à la compréhension des phénomènes hydrodynamiques et hydrochimiques qui s’y développent.

L’alimentation de la nappe alluviale est assujettie aux apports pluviométriques et dans une moindre mesure au déversement des nappes des terrasses sus-jacentes. De ce fait, le potentiel de recharge du système est particulièrement sensible aux variations climatiques annuelles.

Les oscillations du niveau de cette nappe sont importantes, les basses eaux se produisent en fin d’été et en automne et peuvent être très marquées.

De manière générale, le sens d’écoulement des nappes alluviales, inhérent à la gravité, est le résultat d’une composante dirigée vers les grands cours d’eau drainants et vers les terrasses sous-jacentes. En effet, l’alimentation des nappes est issue en grande majorité des apports pluviométriques et du déversement des nappes des terrasses supérieures, pouvant parfois se matérialiser par des lignes de sources, lorsque des talus molassiques parviennent à l’affleurement.

Fonctionnement piézométrique des nappes alluviales

La productivité des nappes alluviales est globalement croissante des terrasses anciennes aux alluvions les plus récentes. Ce phénomène est lié à la lithologie des matériaux, et notamment au degré d’altération des alluvions en relation avec le pourcentage d’argile. Il est par ailleurs accentué dans les alluvions récentes (et éventuellement les basses plaines), par des effets de recharges ponctuels par les cours d’eau en crue (terrasses les plus anciennes = terrasses les plus hautes = % d’argile plus important = productivité plus faible).

Ainsi, les gammes de productivité attendues, vont de quelques m³/h voire moins dans les moyennes terrasses, à une centaine de m³/h dans les basses plaines et alluvions récentes.
Il est cependant nécessaire de rappeler le caractère très hétérogène des alluvions, y compris dans un même niveau de terrasse. Il est en effet très fréquent d’observer des débits très différents sur des ouvrages distants de quelques centaines de mètres seulement. Cela peut s’expliquer par la présence de paléo chenaux ou de passées plus argileuses. Il est donc impossible de déterminer a priori le débit d’exploitation d’un ouvrage. Seul un essai de nappe par pompage peut apporter ce niveau d’information.

Concernant la physico-chimie des eaux de nappes alluviales, elles sont globalement proches de la neutralité et de dureté moyenne. Leurs températures oscillent entre 12 et 14°C sur notre région en fonction des saisons et ne présentent pas d’anomalie de salinité particulière ou de pouvoir corrosif. Elles peuvent être localement fortement contaminées par les nitrates et les produits phytosanitaires, de par leur grande vulnérabilité intrinsèque et une pression polluante de surface importante.