Hydrogéologie
Objets, méthodes, applications
5e édition
Éric Gilli
Christian Mangan
Jacques Mudry
Dunod
Avant-propos XV
Liste des abréviations XVI
Partie 1
Notions d'hydrogéologie
Chapitre 1 . Définition et histoire de l'hydrogéologie
3
1.1 Étymologie et définition3
1.2 Histoire4
1.3 Les axes de recherche actuels7
Chapitre 2 . Place des eaux souterraines dans les sciences de la terre
9
2.1 Eau souterraine et géodynamique externe9
2.2 Eau et pétrole10
2.3 Eau et gîtes minéraux10
2.4 Transferts de fluide profonds11
2.5 Rôle de l'eau dans le magmatisme11
Chapitre 3 . Débouchés de l'hydrogéologie
12
3.1 L'eau source de vie12
3.2 L'eau source de gêne13
3.3 Protection et gestion des ressources en eau13
3.4 Place et débouchés de l'hydrogéologie14
Chapitre 4 . Les cycles de l'eau
15
4.1 Le cycle interne15
4.1.1 Origine de l'eau sur Terre15
4.1.2 Cycle interne de l'eau17
4.2 Répartition de l'eau18
4.2.1 Le cycle de l'eau20
4.2.2 Les systèmes hydrologiques et les bilans22
4.2.3 L'évapotranspiration24
Chapitre 5 . L'infiltration de l'eau dans le sous-sol et la notion d'aquifère
29
5.1 Mécanisme de l'infiltration29
5.2 Rôle de la structure et de la lithologie31
5.3 Différents types d'aquifères (poreux, fissurés, karstiques)33
5.4 Importance relative selon les ensembles structuraux35
5.4.1 Massifs anciens magmatiques et métamorphiques35
5.4.2 Bassins sédimentaires35
5.4.3 Chaînes alpines et méditerranéennes35
5.4.4 Piémonts des chaînes alpines36
5.4.5 Pays volcaniques36
5.4.6 Plateaux calcaires36
Chapitre 6 . Les aquifères poreux et la circulation de l'eau dans le sous-sol
38
6.1 Caractéristiques hydrodynamiques39
6.2 La loi de Darcy, ses domaines d'application39
6.3 Paramètres hydrodynamiques de la nappe40
6.4 La circulation de l'eau dans le sous-sol : la piézométrie41
Chapitre 7 . Les aquifères fissurés
43
7.1 Répartition mondiale et importance économique43
7.2 L'hydrogéologie africaine45
Chapitre 8 . Les aquifères karstiques
48
8.1 La karstification48
8.1.1 Phénomène48
8.1.2 Polyphasage50
8.2 L'hydrosystème karstique : organisation spatiale51
8.2.1 Principe général51
8.2.2 Exemples52
8.3 Conséquences pour le fonctionnement53
8.3.1 Fonctionnement hydraulique53
8.3.2 Conséquences qualitatives54
8.4 Le plus grand aquifère karstique de France : la fontaine de Vaucluse55
8.4.1 Description générale55
8.4.2 Origine du système58
Chapitre 9 . Les aquifères insulaires et littoraux
60
9.1 L'affrontement de deux milieux60
9.1.1 Répartition et importance économique60
9.1.2 Le biseau ou coin salé61
9.1.3 Action anthropique62
9.1.4 Incidence des variations de niveau de la mer63
9.2 Aquifères karstiques littoraux64
9.2.1 Particularités des sources karstiques littorales et sous-marines65
9.2.2 Origine de sources karstiques sous-marines66
9.2.3 Hypothèses sur le fonctionnement67
9.2.4 L'exemple des moulins d'Argostoli70
9.2.5 L'exemple de Port Miou71
9.3 L'hypereustatisme et ses conséquences75
Chapitre 10 . Les eaux thermominérales et la géothermie
76
10.1 Définition76
10.2 Origine de la chaleur77
10.2.1 Eaux juvéniles77
10.2.2 Réchauffement et minéralisation secondaires77
10.3 La géothermie80
Chapitre 11 . La qualité des eaux
84
11.1 Caractéristiques naturelles84
11.2 Les contaminants naturels85
11.2.1 Dissolution et altération85
11.2.2 Biseau salé85
11.2.3 Milieux confinés86
11.2.4 Matière organique naturelle86
11.3 Les pollutions anthropiques86
11.3.1 Pollution domestique86
11.3.2 Pollution urbaine86
11.3.3 Pollution industrielle87
11.3.4 Pollution agricole87
11.4 Les contaminations induites par l'activité humaine88
11.5 L'autoépuration88
Partie II
Outils et méthode de l'hydrogéologie
Chapitre 12 . Documentation préalable
93
12.1 Cartes topographiques et géologiques93
12.2 Inventaires et fichiers94
12.3 Publications et rapports inédits94
12.4 Cartographie numérique95
Chapitre 13 . Étude de la géométrie des réservoirs aquifères
96
13.1 Observations et reconnaissances de terrain96
13.2 Prospection géophysique99
13.2.1 Caractéristiques générales99
13.2.2 Limites des méthodes géophysiques104
13.3 Sondages de reconnaissance105
13.4 Puits, tranchées et galeries de reconnaissance106
13.5 Synthèse géométrique106
Chapitre 14 . Caractérisation des aquifères
110
14.1 Infiltration de l'eau110
14.2 Restitution de l'eau112
14.2.1 Nature et localisation des sources112
14.2.2 Conditions d'émergence113
14.2.3 Débit et régime des sources114
14.3 Échanges entre réservoirs aquifères115
14.4 Piézométrie des nappes117
14.4.1 Définitions et méthodes117
14.4.2 Cartes piézométriques118
14.4.3 Variations piézométriques122
14.5 Essais d'eau et pompages d'essai123
14.5.1 Mesures en laboratoire123
14.5.2 Essais ponctuels en puits ou sondages124
14.5.3 Pompages d'essai125
14.6 Les analyses d'eau129
14.6.1 Les analyses physico-chimiques130
14.6.2 Les isotopes137
14.6.3 Les analyses microbiologiques139
14.7 Les méthodes d'étude des aquifères karstiques140
14.7.1 Particularités du karst140
14.7.2 Études paléogéographiques140
14.7.3 Études hydrométriques et physico-chimiques141
14.7.4 La spéléologie142
14.7.5 Les traçages d'eau ou traçages d'essais144
14.7.6 Les essais de vidange prolongée148
14.8 La modélisation des écoulements souterrains150
14.8.1 Définition et objectif d'un modèle numérique150
14.8.2 Création d'un modèle150
14.8.3 Modèles déterministes, spatialisés ou maillés151
14.8.4 Modèles stochastiques ou globaux152
14.8.5 Choix et fiabilité des modèles152
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'eau163
17.2 Usages domestiques et agriculture165
17.2.1 L'AEP : alimentation en eau potable165
17.2.2 Fonctionnement urbain166
17.2.3 Agriculture167
17.2.4 Mise en bouteilles167
17.3 Usages techniques de l'eau souterraine168
17.3.1 Énergie hydraulique et hydroélectricité168
17.3.2 Refroidissement des centrales thermiques et nucléaires169
17.3.3 Pompes à chaleur et géothermie169
17.3.4 Industrie169
Chapitre 18 . L'exploitation des aquifères
171
18.1 Recherches préalables171
18.2 Méthodes de captage172
18.2.1 Captages de sources172
18.2.2 Tranchées drainantes et galeries drainantes173
18.2.3 Puits et puits à drains rayonnants174
18.2.4 Forages d'eau175
18.3 Entretien des captages176
18.4 L'exploitation des aquifères littoraux177
18.4.1 Cas généraux177
18.4.2 Les aquifères karstiques littoraux179
Chapitre 19 . La protection des aquifères
182
19.1 La réglementation européenne182
19.2 Le contrôle sanitaire de l'eau potable182
19.3 Vulnérabilité, aléa, risque186
19.3.1 Vulnérabilité186
19.3.2 Aléa et risque186
19.4 Les périmètres de protection187
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 nitrates191
19.6 Effluents domestiques et assainissement193
19.7 L'épuration193
19.7.1 L'épuration autonome194
19.7.2 L'épuration collective194
Chapitre 20 . La gestion des aquifères
196
20.1 Définition196
20.2 Les études198
20.2.1 L'acquisition des données, les contrôles et les suivis sur les bassins198
20.2.2 L'acquisition de la connaissance au niveau de l'aquifère200
20.3 Les actions sur les aquifères201
20.3.1 Actions quantitatives201
20.3.2 Actions qualitatives208
20.4 L'optimisation de l'exploitation des aquifères karstiques211
20.4.1 Barrages souterrains211
20.4.2 Le cas de la source du Lez211
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 nappe223
22.2 Influence des ouvrages établis en terrain aquifère225
22.2.1 Rôle de barrière hydraulique225
22.2.2 Rabattement provoqué226
Chapitre 23 . Les mouvements de terrain
228
23.1 L'eau et les instabilités228
23.2 Les glissements229
23.2.1 Caractéristiques et particularités des glissements229
23.2.2 Causes des glissements230
23.2.3 Traitement des glissements230
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 effondrements241
23.3.1 Caractérisation et causes241
23.3.2 Évolution naturelle242
23.3.3 Impact des actions humaines245
23.3.4 Exemple d'effondrements à Mougins (Alpes-Maritimes) en 1998248
Chapitre 24 . Les travaux souterrains
254
24.1 Problèmes posés par l'eau souterraine254
24.2 Incidence des eaux souterraines sur la conduite des travaux254
24.3 Impact hydrogéologique des tunnels sur leur environnement258
24.4 Exemple du tunnel ferroviaire de Braus (Alpes-Maritimes)259
24.4.1 Caractéristiques générales259
24.4.2 Conditions géologiques et hydrogéologiques259
24.4.3 Problèmes hydrogéologiques posés par le creusement du tunnel 261.
24.4.4 Enseignements à tirer de cette expérience263
24.5 Exemple du tunnel ferroviaire de Monte-Carlo (principauté de Monaco)263
24.5.1 Caractéristiques générales263
24.5.2 Conditions géologiques et hydrogéologiques264
24.5.3 Problèmes hydrogéologiques posés par le creusement du tunnel265
24.5.4 Enseignements à tirer de cette expérience266
Chapitre 25 . Les barrages et les retenues
268
25.1 Caractéristiques générales268
25.2 Stabilité des barrages269
25.2.1 Effet de l'érosion régressive et des renards270
25.2.2 Effet des sous-pressions272
25.2.3 Prévention et traitement274
25.3 Étanchéité des retenues274
25.3.1 Phénomènes d'épigénie275
25.3.2 Substratum karstique276
25.4 Instabilités des rives de retenues281
25.4.1 Instabilités naturelles281
25.4.2 Rôle des vidanges282
25.4.3 Exemple du glissement du Vajont (Italie)282
Chapitre 26 . Les stockages souterrains et les gaz de schistes
285
26.1 Le stockage souterrain du gaz285
26.2 Le stockage des déchets nucléaires286
26.2.1 Nature des déchets286
26.2.2 Contexte hydrogéologique des sites de stockage287
26.3 L'exploitation des gaz de schistes288
Conclusion
290
1 L'entité eau290
2 L'importance socio-économique de l'eau290
3 Le rôle stratégique de l'eau et les risques de conflits internationaux291
3.1 Exemples en Europe291
3.2 Exemples dans le monde arabe292
4 Eau et développement durable295
4.1 Aspect quantitatif295
4.2 Aspect qualitatif296
5 L'hydrogéologue du futur : gestionnaire des eaux souterraines297
Annexe • Directive 2006/118/ce du parlement européen et du conseil
299
Problèmes
303
Orientation bibliographique
337
Références générales non citées337
Références bibliographiques337
Lexique : anglais-français
349
Lexique : français-anglais
357
Sites internet
363
Index
365