Sous une couche d'argile imperméable, l'eau d'une nappe captive est comprimée à une pression supérieure à celle de l'air. Percez cette couche avec un forage, et l'eau remonte d'elle-même, parfois jusqu'à jaillir au niveau du sol. On regarde ici ce qui sépare cette nappe sous pression d'une nappe ordinaire, ce qu'est l'artésianisme, et pourquoi cette pression complique un terrassement profond.
Sommaire
Ce qu'est une nappe captive
Une nappe captive est une nappe d'eau souterraine emprisonnée entre deux couches peu perméables. Celle du dessus, souvent une argile ou une marne, l'empêche de respirer à l'air libre. L'eau reste coincée sous pression, plus forte que la pression atmosphérique. C'est pour cette raison qu'on l'appelle aussi aquifère confiné.
La couche supérieure joue le rôle d'un couvercle. Tant qu'il tient, l'eau ne monte pas et ne s'évapore pas. La pression, elle, reste là, prête à pousser dès qu'on ouvre un passage. Ce terme revient dans beaucoup de rapports de sol, aux côtés des autres notions d'hydrogéologie regroupées dans les autres définitions du lexique géotechnique.
En bref : gardez l'image du couvercle. Une nappe captive, c'est de l'eau souterraine sous pression, bloquée sous une couche peu perméable. Cette pression, invisible tant qu'on ne touche à rien, fait toute la différence avec une nappe ordinaire.
Nappe captive ou nappe libre
La différence tient à ce qui se trouve au-dessus de l'eau. Une nappe libre a sa surface au contact de l'air, à travers les pores du sol. Son niveau monte et descend avec les pluies. Une nappe captive n'a pas cette surface libre, elle est bouclée sous sa couche imperméable et tenue sous pression.
La nappe rencontrée sous un jardin ou une cave est une nappe libre. Pour le détail de son fonctionnement et de ses variations saisonnières, voyez la fiche de la nappe phréatique. On reste ici 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 | Sous une couche imperméable, sous pression |
| Niveau dans l'année | Monte et descend avec les pluies | Varie peu, surtout pour les nappes profondes |
| Recharge | Rapide, par infiltration directe | Plus lente, recharge parfois éloignée |
| Sensibilité aux pollutions | Forte, exposée depuis la surface | Plus faible, protégée par la couche du dessus |
| Réaction à un forage | L'eau reste à son niveau | L'eau remonte au-dessus du toit |
L'artésianisme et le forage artésien
Quand un forage traverse la couche imperméable et atteint la nappe captive, l'eau n'est plus retenue. Libérée, elle remonte dans le forage au-dessus du toit de la nappe, poussée par sa propre pression. Si cette pression est forte, le niveau d'équilibre dépasse la surface du sol et l'eau jaillit sans aucune pompe. C'est l'artésianisme, et le forage qui en profite est un forage artésien.
Le forage perce le couvercle
L'outil traverse la couche imperméable qui surmonte l'aquifère 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 l'exploitation fait baisser la pression de la nappe.
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. Le forage artésien de Grenelle, à Paris, en reste l'exemple historique le plus connu.
Le niveau piézométrique, image de la pression
Pour une nappe libre, on lit un niveau d'eau directement dans un puits. Pour une nappe captive, ce repère ne suffit plus. L'eau étant sous pression, on décrit son niveau piézométrique, la hauteur à laquelle elle s'équilibre dans un forage, sans pompage. Ce niveau traduit la pression de la nappe.
Deux repères à ne pas confondre. Le toit de la nappe, c'est 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 entre les deux donne la mesure de la pression. Le suivi de ces niveaux se fait par des sondes de pression installées dans les forages, comme le décrit le portail des eaux souterraines du BRGM.
Attention : ne lisez pas le niveau piézométrique comme une profondeur d'eau réelle. 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.
Les risques en terrassement profond
La pression d'une nappe captive ne se voit pas, mais elle se rappelle vite à un chantier qui creuse trop près. Deux situations reviennent.
D'abord les venues d'eau. Une excavation profonde qui s'approche d'une nappe sous pression risque une arrivée d'eau brutale dès qu'une couche cède. Le débit surprend, bien plus fort que sous une nappe libre.
Ensuite le soulèvement du fond de fouille. Si la pression de la nappe sous une couche d'argile restante dépasse le poids de cette couche, le fond de la fouille se soulève et finit par rompre. L'eau remonte alors par le fond. Le phénomène relève de la pression interstitielle de l'eau dans le sol, qu'une étude calcule avant de creuser.
Ce qu'une reconnaissance vérifie avant de creuser près d'une nappe captive
Emmagasinement et transmissivité
Une nappe captive se décrit aussi par deux paramètres communs à toutes les nappes. Ils prennent ici des valeurs particulières.
Le coefficient d'emmagasinement d'abord. Il dit combien d'eau la nappe rend quand sa pression baisse. Sur une nappe captive, il est minuscule, de l'ordre de cent à mille fois plus faible que sur une nappe libre, parce que l'eau sort surtout par décompression et non par vidange des pores. Le détail des valeurs figure dans le coefficient d'emmagasinement.
La transmissivité ensuite. Elle mesure la facilité avec laquelle l'eau circule dans l'aquifère sur toute son épaisseur. Une nappe captive bien transmissive alimente vite un forage, ce qui explique le débit soutenu d'un puits artésien. Voyez la transmissivité de l'aquifère pour la formule et les ordres de grandeur.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'une nappe captive
Quelle différence entre nappe captive et nappe libre
Qu'est-ce qu'un aquifère confiné
Qu'est-ce qu'une nappe artésienne
Qu'est-ce que l'artésianisme
Qu'est-ce que le niveau piézométrique
Pourquoi l'eau remonte-t-elle dans un forage de nappe captive
Quel risque pour une fouille profonde au-dessus d'une nappe captive
Comment reconnaît-on une nappe captive
Pourquoi l'emmagasinement d'une nappe captive est-il faible
Une nappe captive jaillit-elle toujours en surface
D'où vient le mot artésien
À retenir
- Une nappe captive est de l'eau souterraine emprisonnée sous pression entre deux couches peu perméables, aussi nommée aquifère confiné.
- Elle se distingue de la nappe libre par l'absence de surface au contact de l'air et par sa mise sous pression.
- Quand un forage la perce, l'eau remonte au-dessus du toit de la nappe, et jaillit si la pression dépasse le niveau du sol, c'est l'artésianisme.
- On décrit son niveau par le niveau piézométrique, situé au-dessus du toit, qui traduit la pression de l'eau.
- Sa pression crée des risques de venues d'eau et de soulèvement de fond de fouille lors des terrassements profonds.
