Les eaux souterraines

Contact entre le calcaire et les eaux de la Lesse à Belvaux

Dans les terrains perméables en petit, comme le sable, la circulation de l'eau est homogène et lente; elle permet une bonne filtration et une certaine autoépuration des eaux usées.

Dans un massif karstifié, par contre, la circulation de l'eau est hétérogène: rapide dans les grands conduits verticaux et horizontaux (jusqu'à 400m par heure) et lente dans les fines fissures (jusqu'à 10m par heure). La première (rapide) est responsable de la brutalité des crues de la nappe aquifère tandis que la seconde (lente et sous pression lors des crues) recule le moment de la décrue et du tarrissement des résurgences.

L'originalité du karst

L'hydrogéologie karstique a pour but l'étude des écoulements de l'eau dans les massifs calcaires. Ces derniers jouissent d'une structure tout à fait particulière, comparés aux autres massifs rocheux, en raison de la forte solubilité des minéraux (carbonates) qui les composent et donc la forte tendance à l'élargissement des vides crés au départ de la fracturation et des autres discontinuités.

Cette disposition nécessite, dans le cas du karst, une approche différente de celle utilisée en hydrogéologie dite "des milieux poreux", qui s'adresse à des massifs rocheux qui peuvent être considérés comme homogènes et isotropes (c'est-à-dire des milieux qui présentent les mêmes caractéristiques physiques, dont la vitesse d'écoulement, dans toutes les directions).

Lors des premières explorations du karst, on concevait seulement l'existence de rivières qui pénétraient sous terre ponctuellement, traversaient les massifs via des conduits larges et résurgeaient sous la forme de grandes sources karstiques. Par exemple, la Lesse souterraine entre le gouffre de Belvaux et les grottes de Han ne subit, pour ainsi dire, aucune filtration et toute pollution ressort presque intégralement. Cette théorie explique aussi très bien la brutalité des crues observée dans le karst.

Ce modèle un peu simpliste ne pouvait cependant pas expliquer le comportement de certains aquifères karstiques pour lesquels n'existaient ni pertes localisées ni grandes résurgences. Il s'avéra qu'il existait également, à côté des chenaux principaux, d'autres vides, notamment des zones fissurées, susceptibles de contenir d'importantes réserves d'eau. La présence de ces vides permet aujourd'hui d'expliquer certains aspects du fonctionnement tels les tarissements lents des sources karstiques, la dispersion des traceurs ou encore les variations du niveau piézométrique de la nappe observées en forage.

Une conception plus réaliste, issue d'une approche plus purement hydrogéologique du karst, est donc apparue. Celle-ci tient compte de la coexistence de chenaux très transmissifs et de zones microfissurées où l'eau circule beaucoup plus lentement. On a l'habitude de parler de l'effet de "double perméabilité et double porosité".

Plusieurs méthodes d'investigation indirecte ont alors été mises à profit pour étudier les parties de l'aquifère qui ne sont pas directement accessibles via les réseaux spéléologiques, entre autres ces zones fissurées où la proportion des vides - aussi appelée coefficient d'emmagasinement - peut être très élevée, supérieure à 15%.

On distingue deux types de méthodes indirectes :

• dans le premier, la structure du sous-sol est déterminée à partir d'observations faites en surface : étude des linéaments sur photographies aériennes, levés de fracturation, diverses méthodes de prospection géophysique.
• dans le second, l'aquifère est considéré comme un système dont on compare les entrées (précipitations, isotopes, susbstances chimiques) et les sorties (réponses aux exutoires) pour en déduire la fonction de transfert qui caractérise l'organisation du réseau de drainage souterrain.

Quelques liens intéressants

Pour en savoir plus sur l'hydrogéologie du calcaire

• Etat des nappes d'eau souterraine de la Wallonie Données, cartes et document de synthèse réalisé et mis régulièrement à jour par l'Observatoire des eaux Souterraines de la Région Wallonne.
• Fédération belge du secteur de l'eau Les membres de Belgaqua fournissent 98 % de l'eau distribuée et la totalité du secteur de l'assainissement et de l'épuration collective des eaux usées en Belgique.
• Water Quality Information Center
• Office international de l'eau. Mise en commun de connaissance et de donnée pour une meilleure gestion du potentiel et des réserves aquatiques dans le monde.
• Karst Water Insitute Société Américaine active dans l'étude et la protection des eaux souterraines et en particulier de leur contenu biologique.