Coefficient d’emmagasinement S : définition

Sur un même terrain, une nappe captive libère cent à mille fois moins d'eau qu'une nappe libre pour la même baisse de niveau. Ce rapport, c'est le coefficient d'emmagasinement, noté S. Voici ce qu'il mesure et pourquoi il chute autant dès qu'on passe en nappe captive.

Ce que mesure le coefficient d'emmagasinement

Le coefficient d'emmagasinement, noté S, est le volume d'eau qu'un aquifère libère, ou stocke, par unité de surface quand son niveau d'eau baisse, ou monte, d'une hauteur unitaire. En clair, il chiffre la réserve qu'une nappe rend réellement quand on la sollicite.

C'est le pendant de la transmissivité. Là où la transmissivité de l'aquifère dit avec quelle facilité l'eau circule, l'emmagasinement dit quelle quantité d'eau la roche restitue. Le premier décrit le transit, le second la capacité de stockage. Les deux se lisent ensemble pour juger ce qu'une nappe vaut comme ressource.

• Une baisse de niveau de la nappe libère de l'eau, le volume rapporté à la surface et à cette baisse donne S.
• Une recharge fait l'inverse, la nappe réemmagasine, le coefficient mesure aussi ce stockage.
• Toute l'eau contenue n'est pas mobilisable, une part reste retenue dans la roche et ne sort pas au pompage.

Ce code revient parmi les paramètres décrits dans les autres définitions du lexique géotechnique, aux côtés de la perméabilité et de la transmissivité. Il porte aussi le nom de coefficient de stockage.

Nappe libre et nappe captive, deux mécanismes

Voici le point qui surprend. Sur deux nappes différentes, le coefficient d'emmagasinement ne mesure pas le même phénomène physique. Et l'écart de valeur entre les deux est énorme.

Dans une nappe libre, l'eau libérée vient du drainage des pores sous l'effet de la gravité. Le coefficient se rapproche alors de la porosité efficace, la part des vides qui rend son eau. Il reste modéré, de l'ordre de quelques pour cent à quelques dizaines de pour cent.

Dans une nappe captive, l'eau est emprisonnée sous pression entre deux couches imperméables. Quand le niveau baisse, ce n'est pas le drainage des pores qui fournit l'eau, mais la décompression de l'eau elle-même et du terrain. Ce mécanisme libère peu d'eau, le coefficient devient minuscule.

Un paramètre sans unité

Le coefficient d'emmagasinement n'a pas d'unité. C'est un rapport de volumes, un volume d'eau divisé par un volume de terrain, les unités s'annulent. On l'exprime donc par un nombre seul, ou en pourcentage.

Cette absence d'unité le distingue d'autres paramètres hydrogéologiques. La perméabilité s'exprime en mètres par seconde. La transmissivité en mètres carrés par seconde. L'emmagasinement, lui, reste un simple nombre, compris entre 0 et la porosité totale de la roche.

Comment on le mesure, l'essai de pompage

Le coefficient d'emmagasinement se mesure sur le terrain, par un essai de pompage. On pompe l'eau d'un forage à débit connu, puis on suit la baisse de niveau dans des piézomètres placés autour. La forme de cette baisse dans le temps livre le coefficient.

Transmissivité et emmagasinement sortent donc du même essai, interprétés ensemble. Le premier vient de l'ampleur du rabattement, le second de sa vitesse de propagation autour du puits.

Valeurs de S selon le type de nappe

Le coefficient d'emmagasinement grimpe des nappes captives, aux valeurs infimes, vers les nappes libres, plus généreuses. Le tableau donne des ordres de grandeur indicatifs issus de la littérature hydrogéologique, pas des seuils figés. La valeur réelle d'un aquifère vient de son essai de pompage.

Ces fourchettes restent indicatives. Une valeur intermédiaire, entre les deux, signale souvent une nappe semi-captive dont la couverture laisse passer un peu d'eau. Le chiffre retenu pour un aquifère donné vient toujours de sa mesure, jamais d'un tableau de référence.

Deux réflexes aident à lire ces valeurs.

• Un S élevé, proche de la porosité efficace, signe une nappe libre qui rend facilement son eau.
• Un S minuscule, en dix-millièmes, trahit une nappe captive qui ne libère l'eau que par décompression.
• Une valeur fiable suppose des piézomètres d'observation, faute de quoi elle reste peu fiable.

À quoi sert le coefficient d'emmagasinement

Le coefficient d'emmagasinement sert à passer de la mesure ponctuelle à la gestion d'une nappe. Combiné à la transmissivité, il décrit comment l'aquifère réagit quand on le pompe ou quand il se recharge.

Sur un chantier, ce paramètre intervient dès qu'un projet touche l'eau souterraine, un rabattement de nappe pour creuser un sous-sol, un captage, ou l'étude d'impact d'un prélèvement. Il complète la lecture de la perméabilité et de la transmissivité du terrain.

Questions fréquentes