La structure de l'aquifère karstique, clé du fonctionnement hydrogéologique

Fonctionnement hydrologique d'un aquifère karstique

L'aquifère karstique qui a atteint un degré de karstification suffisant peut être subdivisé en plusieurs niveaux jouant chacun un rôle particulier au sein du système:

le premier niveau est la zone d'absorption ou zone d'infiltration. C'est la surface du massif karstique, partie de l'aquifère qui reçoit directement les précipitations. Etant soumise aux agents extérieurs, cette zone présente des aspects très variés d'une région à l'autre. Les traits de sa morphologie ont souvent été utilisés pour la classification des karsts. Deux modes d'infiltration peuvent se présenter : soit une infiltration directe et rapide d'écoulements concentrés dans les chenaux karstiques, soit une alimentation diffuse au travers de la couverture meuble ou au travers de calcaires uniformément fissurés.

En Belgique, les deux types d'écoulement se côtoient : une partie de l'alimentation provient du ruissellement et des petites sources des roches peu perméables, qui se perdent dans les chantoirs des calcaires dévoniens et carbonifères et atteignent rapidement la nappe; l'autre part provient de l'infiltration au travers des terrains meubles superficiels.

Contrairement aux karsts alpins généralement "nus", le karst en Belgique est un karst "couvert". Les sédiments tertiaires, quaternaires et les sols peuvent jouer le rôle de filtre pour le passage de l'eau en profondeur. Ces sédiments constituent des réserves "tampons" importantes.

le deuxième niveau est la zone de transfert, où les infiltrations lentes sont en partie collectées par les chenaux qui conduisent déjà les infiltrations rapides. Cette zone possède en général des tronçons verticaux (puits) et horizontaux (galeries). Elle est le domaine de prédilection des observateurs spéléologues. En Belgique, vu le faible relief et la faible profondeur des nappes sous la surface, la zone de transfert vertical est réduite, comparée au développement des conduits horizontaux. Ceux-ci sont le siège des battements de la nappe (zone épinoyée) et permettent d'en observer directement le comportement et la qualité.

enfin la zone noyée est celle qui contient les réserves principales de l'aquifère. Son étendue en profondeur est variable, elle dépend de la structure géologique du bassin, de la présence ou non d'un horizon imperméable, de la fracturation, de l'histoire de la karstification, de la pente de la nappe - aussi appelée gradient - et de la stabilité du niveau de base. Quelques observations faites par des spéléologues plongeurs ont permis dans quelques cas d'évaluer l'étendue des réserves en profondeur. On fait une distinction entre : les réserves écoulables (parfois dites renouvelables), récoltées dans les galeries de captage, et les réserves permanentes, situées sous le niveau de base, qui ne peuvent être prélevées qu'au moyen de pompages (ce qui ne veut pas dire que leur renouvellement soit nul). Ces dernières présentent souvent une plus grande inertie aux contaminations provoquées par les pollutions mais ces pollutions sont malheureusement aussi plus difficilement éliminées.

En Belgique, si l'on excepte les recoupements de massifs par de grandes rivières (la Lesse à Han, à Furfooz ou la Lhomme à Rochefort), beaucoup de systèmes karstiques des calcaires dévoniens et carbonifères sont situés dans les structures synclinales dont les réserves sont exploitées par des galeries creusées à hauteur du niveau de base (le réseau hydrographique principal) ou par des pompages profonds (jusqu'à 100 m) dans les parties hautes de la nappe.