Une nappe captive est une nappe d'eau souterraine enfermée entre deux couches peu perméables, souvent de l'argile ou de la marne, qui la maintiennent sous pression. Percez la couche du dessus avec un forage et l'eau remonte d'elle-même, parfois jusqu'à jaillir au niveau du sol.
Ce guide explique ce qui la distingue d'une nappe libre, l'artésianisme, la lecture de son niveau piézométrique, ses deux paramètres de débit (emmagasinement et transmissivité) et les précautions à prendre avant un terrassement profond.
Les points clés à retenir
- Sous pression : l'eau d'une nappe captive reste bloquée sous une argile ou une marne peu perméable.
- Au-dessus du toit : dans un forage, l'eau monte jusqu'au niveau piézométrique, et jaillit s'il dépasse le sol.
- 10⁻⁵ à 10⁻³ : coefficient d'emmagasinement courant d'une nappe captive, contre plusieurs pour cent en nappe libre.
- T = K × e : la transmissivité multiplie la perméabilité du terrain par l'épaisseur d'eau traversée.
Sommaire
Une nappe captive garde son eau sous pression
Une nappe captive désigne une eau souterraine prise en sandwich entre deux formations peu perméables. Celle du dessus, appelée le toit, l'empêche de communiquer avec l'air. Celle du dessous, le mur, l'empêche de s'infiltrer plus bas. L'eau reste comprimée à une pression supérieure à la pression atmosphérique, d'où son autre nom, aquifère confiné.
Le toit joue le rôle d'un couvercle. Il limite les échanges avec les terrains du dessus, sans figer l'eau, qui circule lentement dans la couche. La pression, elle, reste invisible jusqu'au jour où un forage ou une fouille ouvre un passage. Ce terme revient souvent dans un rapport de sol, à côté des autres notions d'eau souterraine réunies dans le lexique géotechnique du site.
Coupe simplifiée d'une nappe captive
Terre végétale, limons, parfois une petite nappe libre perchée.
Argile ou marne peu perméable, le couvercle de la nappe.
Sable, grès ou calcaire gorgé d'eau sous pression.
Couche imperméable du dessous, le fond de la nappe.
Dans un forage, l'eau ne reste pas au niveau du toit : elle remonte jusqu'à son niveau piézométrique, plus haut, parfois au-dessus du sol.
Deux repères chiffrés, donnés par le BRGM sur sa page de notions d'hydrogéologie :
- Profondeur : une nappe captive se trouve souvent en profondeur, jusqu'à quelques centaines de mètres, voire davantage.
- Nappe fossile : une nappe captive dont moins de 5 % de l'eau se renouvelle chaque année porte ce nom.
Nappe captive et nappe libre se distinguent par ce qui les couvre
Tout se joue au-dessus de l'eau. Une nappe libre a sa surface au contact de l'air, à travers les pores du sol, et son niveau monte et descend avec les pluies. La nappe captive n'a pas de surface libre : bouclée sous son toit, elle reste sous pression.
Une eau rencontrée à faible profondeur, dans une cave ou un trou de jardin, appartient le plus souvent à une nappe libre, mais seul un sondage permet de trancher. Son fonctionnement et ses variations au fil des saisons sont détaillés dans la fiche de la nappe phréatique. Ce guide reste sur le cas confiné, plus profond et moins visible.
| Critère | Nappe libre | Nappe captive |
|---|---|---|
| Surface de l'eau | Au contact de l'air, à pression atmosphérique | Bloquée sous une couche peu perméable, sous pression |
| Niveau dans l'année | Monte et descend avec les pluies | Souvent stable, mais sensible aux pompages |
| Recharge | Infiltration des pluies sur toute sa surface | Par les zones où l'aquifère affleure, ou par drainance depuis les couches voisines |
| Renouvellement | Rapide, à l'échelle de la saison | De plusieurs mois à plusieurs milliers d'années |
| Exposition aux pollutions | Forte, l'eau arrive de la surface | Plus faible, le toit fait écran |
| Réaction à un forage | L'eau reste au niveau de la nappe | L'eau remonte au-dessus du toit |
Les lignes recharge et renouvellement reprennent les explications du BRGM dans sa foire aux questions sur l'eau souterraine. Selon le BRGM, le niveau d'une nappe captive, souvent stable, réagit fortement aux prélèvements. Le temps de retour après pompage, lui, dépend de chaque nappe et se mesure sur place.
Bon à savoir : en Île-de-France, la nappe captive de l'Albien-néocomien est classée en zone de répartition des eaux et désignée comme ressource stratégique de secours pour l'eau potable. La DRIEAT publie la carte des secteurs où de nouveaux forages y restent possibles.
Un forage artésien fait monter l'eau sans pompe
Quand un forage traverse le toit et atteint la nappe captive, l'eau n'est plus retenue. Poussée par sa propre pression, elle monte dans le tube au-dessus du toit. Si cette pression suffit à porter l'eau au-dessus du terrain naturel, elle jaillit sans pompe. C'est l'artésianisme, et le forage concerné est un forage artésien.
Le forage perce le couvercle
L'outil traverse l'argile ou la marne du toit et débouche dans l'eau maintenue sous pression.
L'eau remonte seule
Libérée de son confinement, l'eau s'élève dans le tube jusqu'à un niveau d'équilibre situé au-dessus du toit de la nappe.
Elle jaillit si la pression suffit
Quand ce niveau d'équilibre dépasse la surface du sol, l'eau sort d'elle-même. Le débit faiblit ensuite si les prélèvements font baisser la pression de la nappe.
Toute nappe captive n'est donc pas jaillissante. Beaucoup restent sous pression avec un niveau d'équilibre compris entre leur toit et la surface : l'eau monte dans le forage, puis une pompe prend le relais.
D'où vient le mot : artésien renvoie à l'Artois, dans le nord de la France, où ces forages jaillissants ont été décrits dès le Moyen Âge. À Paris, le puits artésien de Grenelle, foré par Louis-Georges Mulot et achevé en 1841, en reste l'exemple historique le plus connu.
Le niveau piézométrique traduit la pression de la nappe
Pour une nappe libre, un puits suffit à lire le niveau de l'eau. Pour une nappe captive, ce repère ne dit rien de la pression. Les hydrogéologues décrivent alors son niveau piézométrique : la hauteur à laquelle l'eau s'équilibre dans un forage, sans pompage.
- Le toit de la nappe marque le haut de la couche d'eau, là où commence l'aquifère.
- Le niveau piézométrique se situe plus haut, parfois bien au-dessus de ce toit.
- L'écart de cote entre les deux, mesuré en mètres d'eau par rapport à un même repère d'altitude, traduit la pression au toit : 10 mètres d'eau correspondent à environ 1 bar.
En nappe captive, ce suivi passe par des sondes de pression placées dans les forages, dont les mesures sont converties en hauteur d'eau, comme l'explique la page du BRGM sur la surveillance des nappes. Pour voir les mesures autour d'un terrain, le portail national ADES affiche sur une carte les points d'eau suivis, dont plus de 5 800 piézomètres, avec leurs relevés téléchargeables.
Attention : ne lisez pas le niveau piézométrique comme une profondeur d'eau. Sur une nappe captive, l'eau ne remplit pas le terrain jusqu'à ce niveau, elle s'y équilibre sous l'effet de la pression. Le toit réel de la nappe se trouve plus bas, parfois des dizaines de mètres plus bas.
Repérer une nappe captive dans un rapport de sondage
Un terrassement profond se prépare face à la pression de la nappe
La pression d'une nappe captive ne se voit pas, mais un chantier qui creuse trop près la découvre vite. Deux situations reviennent.
- Les venues d'eau : une excavation profonde qui s'approche de la nappe subit une arrivée d'eau brutale dès qu'une couche cède. Le débit surprend, bien plus fort qu'au-dessus d'une nappe libre.
- Le soulèvement du fond de fouille : si la pression de la nappe sous l'argile restante dépasse le poids de cette argile, le fond de la fouille gonfle, puis rompt. L'eau remonte alors par le fond.
Ce second phénomène relève de la pression de l'eau dans les pores du sol, calculée par le bureau d'études avant de creuser. Exemple de calcul illustratif : sous un fond de fouille, il reste 3 mètres d'argile, d'un poids volumique proche de 20 kN/m³, soit une charge d'environ 60 kPa. Si le niveau piézométrique de la nappe se situe 7 mètres au-dessus de la base de cette argile, l'eau pousse vers le haut avec environ 70 kPa. La poussée l'emporte et le fond se soulève : il faut dépressuriser la nappe ou revoir la profondeur de la fouille.
Ce qu'une reconnaissance vérifie avant de creuser près d'une nappe captive
Deux paramètres disent combien d'eau une nappe captive fournit
Le coefficient d'emmagasinement S et la transmissivité T décrivent toutes les nappes, mais prennent en nappe captive des valeurs à part. Les deux sortent du même essai : un forage pompé à débit connu, avec des piézomètres autour pour suivre la baisse du niveau. Le déroulement de cet essai, sa durée et ses méthodes de calcul sont décrits dans la fiche sur l'essai de pompage en nappe.
| Paramètre | Ce qu'il mesure | Unité | En nappe captive |
|---|---|---|---|
| K, perméabilité | Facilité de passage de l'eau dans le matériau | m/s | Propre au sable, au grès ou au calcaire de la couche |
| T, transmissivité | Débit transmis par toute l'épaisseur de la couche | m²/s ou m²/jour | Peu sensible au pompage, la couche restant saturée |
| S, emmagasinement | Eau libérée quand le niveau baisse | Sans unité | Minuscule, de l'ordre de 10⁻⁵ à 10⁻³ selon l'aquifère |
Le coefficient d'emmagasinement S chiffre l'eau libérée
Le coefficient d'emmagasinement S désigne le volume d'eau libéré par mètre carré de nappe quand son niveau baisse d'un mètre. C'est un rapport de volumes, donc un nombre sans unité, exprimé tel quel ou en pourcentage. Il porte aussi le nom de coefficient de stockage.
- En nappe libre, l'eau vient du drainage des pores par gravité. S se rapproche de la porosité efficace, de quelques pour cent à 30 % environ.
- En nappe captive, la couche reste pleine. L'eau sort par décompression de l'eau et détente du terrain, et S tombe entre 10⁻⁵ et 10⁻³ environ.
- Une valeur intermédiaire signale souvent une nappe semi-captive, dont le toit laisse passer un peu d'eau.
Exemple de lecture : avec S = 0,0005, une baisse de niveau d'un mètre sur 1 000 m² de nappe libère 0,5 m³ d'eau. La même baisse sur une nappe libre à S = 0,1 en libère 100 m³. D'où la règle pratique : un pompage dans une nappe captive fait chuter la pression vite et loin autour du forage.
La transmissivité T mesure le débit de la couche entière
La transmissivité T mesure la capacité d'un aquifère à laisser passer l'eau sur toute son épaisseur. Elle s'obtient en multipliant la perméabilité moyenne de la couche par son épaisseur saturée, T = K × e, d'où son unité en surface par temps. Le premier facteur de ce produit est détaillé dans la fiche du coefficient de perméabilité K.
Exemple de calcul : un sable captif de 20 mètres d'épaisseur, avec K = 10⁻⁴ m/s, donne T = 2 × 10⁻³ m²/s, soit environ 173 m²/jour (1 m²/s vaut 86 400 m²/jour).
- Transmissivité forte : sables, graviers, calcaires fissurés, le forage tient un bon débit sans rabattre fortement la nappe.
- Transmissivité faible : sables fins argileux, roches peu fracturées, le niveau chute vite dès les premières heures de pompage.
- Atout de la nappe captive : la couche reste saturée, son épaisseur ne baisse pas avec le pompage et T varie peu, alors qu'une nappe libre qui baisse en été perd une part de sa transmissivité.
Une valeur de T tirée d'un seul forage décrit le secteur autour de ce forage. Dans les calcaires fissurés surtout, la perméabilité change d'une fracture à l'autre, et un chiffre unique ne résume pas toute la nappe.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'une nappe captive
Quelle différence entre nappe captive et nappe libre
Qu'est-ce qu'une nappe artésienne
Pourquoi l'eau remonte-t-elle dans un forage de nappe captive
Qu'est-ce que le niveau piézométrique
À quelle profondeur se trouve une nappe captive
Comment se recharge une nappe captive
Une nappe captive est-elle protégée des pollutions
Quel risque pour une fouille profonde au-dessus d'une nappe captive
Pourquoi le coefficient d'emmagasinement d'une nappe captive est-il si faible
Quelle est l'unité de la transmissivité
D'où vient le mot artésien
À retenir
- Une nappe captive est une eau souterraine bloquée sous pression entre deux couches peu perméables, aussi appelée aquifère confiné.
- Dans un forage, son eau remonte au niveau piézométrique, au-dessus du toit, et jaillit si ce niveau dépasse le sol.
- Elle se recharge lentement, par ses zones d'affleurement, sur des durées allant de quelques mois à plusieurs millénaires.
- Son coefficient d'emmagasinement reste minuscule, de 10⁻⁵ à 10⁻³, et sa transmissivité vaut T = K × e.
- Sa pression expose les fouilles profondes aux venues d'eau et au soulèvement du fond de fouille.
