L’eau souterraine est contenue dans des couches géologiques appelées aquifères (du grec aqua : eau et fere : transporter), en fait elle occupe les espaces, fissures et pores, des roches – réservoirs qui constituent l’aquifère. Celui-ci est donc un réservoir souterrain naturel d’eau. Il se remplit en accumulant l’eau d’infiltration, et est situé au-dessus d’une couche imperméable qui empêche la fuite de l’eau vers les profondeurs. L’eau qui s’écoule n’est pas stagnante, et s’écoule en fait lentement.

L’eau contenue dans un aquifère est une nappe. Une nappe peut être libre, c’est à dire que son niveau supérieur n’est pas limité par une couche géologique imperméable, Elle est alors alimentée directement par les précipitations atmosphériques et par l’infiltration des cours d’eau. Une nappe libre est aussi appelée phréatique (du grec phréa : puits) lorsqu’elle est au niveau le plus superficiel.

Une nappe peut aussi être captive, c’est à dire que son niveau supérieur est limité par une couche imperméable, et que l’eau s’y trouve sous pression parfois, lorsque la nappe est suffisamment alimentée.

Un aquifère possède deux caractéristiques essentielles, qui font que la nappe existe et est exploitable :

• La porosité : c’est la quantité d’eau que contient un volume d’aquifère donné lorsqu’il est saturé. De cela, et donc du type de roche que représente l’aquifère, et du volume de l’aquifère, va dépendre la capacité de stockage de l’aquifère, qui a bien une fonction d’accumulation.
  
  
• La perméabilité : la roche laisse circuler l’eau entre ses pores et ses fissures, qui communiquent entre eux. La perméabilité se mesure par le débit d’eau, en litres par heure, obtenu à travers une surface d’un mètre carré de nappe, avec une circulation verticale du liquide

Le niveau piézométrique est le niveau atteint par l’eau dans un forage lorsqu’elle se stabilise. L’ensemble des niveaux piézométriques mesurables en différents points de la nappe, à une date déterminée, détermine la surface piézométrique de la nappe (on l’appelle aussi le toit de la nappe). Cette surface peut être représentée sur une carte, en utilisant des courbes isopièzes, c’est à dire des courbes reliant l’ensemble des points de même niveau piézométrique.

schéma : le niveau piézométrique

Le niveau piézométrique dépend du type de nappe concernée :

• pour une nappe libre, le niveau piézométrique est le niveau supérieur de l’aquifère, car l’eau de la nappe est déjà en équilibre avec la pression atmosphérique
  
  
• pour une nappe captive, le niveau piézométirque se situe au-dessus du niveau supérieur de l’aquifère, car l’eau circule sous pression dans une telle nappe, bloquée par le toit imperméable de l’aquifère. Un cas spécifique se produit quand le niveau piézométrique est situé au-dessus du niveau du sol, l’eau jaillit alors lorsque l’on creuse un forage. On a alors ce qu’on appelle un puits artésien.

Une nappe est en fait un système constamment en mouvement, on dit qu’elle est hydrodynamique :

• Une nappe reçoit de l’eau par l’intermédiaire des eaux de pluie surtout, s’infiltrant dans le sol et alimentant l’aquifère, plus ou moins selon que la nappe est superficielle et a ainsi une surface de réception plus étendue, ou qu’elle est profonde. Une nappe peut aussi recevoir de l’eau d’une rivière ou d’une autre nappe, mais ceci est moins fréquent.
  
  
• Une nappe perd de l’eau, par ses exutoires naturels, correspondant à des points bas de la surface piézométrique, qui sont ponctuels (sources) ou plus diffus lorsque cela se produit par exemple à travers une couche semi-imperméable.
  
  
• Une nappe fait partie d’un système d’interconnections entre divers cours d’eau, diverses nappes qui s’alimentent entre elles, et qui drainent l’eau des précipitations vers la mer à des vitesses variables

Non seulement le niveau de précipitations varie suivant les régions ou les périodes de l’année, mais il faut également tenir compte de la part de pluie efficace dans ces précipitations, c’est à dire la part des précipitations qui se retrouve dans les cours d’eau ou dans les nappes après son infiltration dans le sol. Une partie des précipitations en effet est dégagée à nouveau en évapotranspiration (résultante de l’évaporation des sols, mais aussi de la transpiration des végétaux).

Ces phénomènes entraînent des modifications des niveaux piézométriques des nappes : les aquifères stockent de l’eau de décembre à mai en France, puis le niveau piézométrique redescend lentement tandis que les nappes souterraines ne sont plus autant alimentées.

Précipitations et nappes souterraines

• Forage, captage, puits artésien.