Nappe phréatique : définition et eaux souterraines

La nappe phréatique, c'est la première nappe d'eau souterraine que l'on rencontre en creusant sous un terrain. Son niveau n'est pas fixe, il remonte le plus souvent l'hiver et baisse l'été, parfois de plusieurs mètres. On voit ici ce qu'elle est, comment on relève son niveau, et ce qu'elle change dès qu'on creuse une fouille ou qu'on construit un sous-sol.

Ce qu'est la nappe phréatique

La nappe phréatique est la première nappe d'eau souterraine que l'on atteint en descendant sous la surface. Le mot vient du grec phreas, le puits, car c'est l'eau que rencontre celui qui creuse un puits.

Ce n'est ni un lac ni une rivière cachée sous nos pieds. L'eau occupe les vides du sous-sol, entre les grains de sable, dans les pores et les fissures de la roche. La zone où tous ces vides sont remplis d'eau s'appelle la zone saturée. Au-dessus, le sol contient encore de l'air, c'est la zone non saturée.

• La limite entre les deux, le sommet de l'eau, porte le nom de toit de la nappe.
• Ce toit est à la pression atmosphérique, l'eau y est libre de monter ou de descendre.
• L'eau de pluie qui s'infiltre alimente la nappe, le reste s'évapore ou ruisselle en surface.

Ce terme revient dans presque tous les rapports de sol, aux côtés des autres notions d'hydrogéologie décrites dans les autres définitions du lexique géotechnique. On l'appelle aussi, par raccourci, la nappe libre.

Nappe phréatique, libre ou captive

Dans le langage courant, on appelle nappe phréatique toute l'eau du sous-sol. C'est une confusion fréquente. Le terme désigne en fait la première nappe libre, celle dont le toit reste au contact de la surface par la zone non saturée.

Une autre nappe existe, bien différente. Quand l'eau est emprisonnée entre deux couches imperméables, elle se retrouve sous pression. Son niveau, mesuré dans un forage, remonte alors au-dessus du toit de la couche qui la contient. Dans les cas extrêmes, elle jaillit seule à la surface, c'est le forage artésien. Cette eau-là forme la nappe captive, sous pression, souvent profonde et lente à se renouveler.

Pour un projet de maison ou de petit bâtiment, c'est la nappe phréatique qui compte. Elle est proche de la surface, donc à portée d'une fouille de fondation ou d'un sous-sol.

Pourquoi son niveau monte et descend

Le niveau de la nappe n'est jamais figé. La surface de l'eau, le niveau piézométrique, suit un cycle réglé par la pluie et les saisons.

Cet écart entre le point haut et le point bas, le battement de la nappe, atteint plusieurs mètres dans certains terrains. Une cave sèche en septembre se retrouve parfois noyée en mars. C'est pour cela qu'un relevé fait un seul jour ne suffit pas, il faut connaître le niveau le plus haut attendu.

Comment on relève le niveau

On mesure le niveau de la nappe avec un piézomètre. C'est un tube crépiné, descendu dans un forage, dans lequel l'eau se stabilise à la hauteur de la nappe. On y lit la profondeur de l'eau, à la sonde manuelle ou avec un capteur qui enregistre en continu.

Le BRGM suit ainsi le niveau des grandes nappes françaises sur près de 1 860 points de forage. La profondeur se note soit par rapport au sol, en mètres, soit par rapport au niveau de la mer, en mètres NGF.

Une étude faite en été, en basses eaux, risque de sous-estimer le niveau réel. Un bon rapport corrige cette lecture et retient le niveau haut, celui qui dimensionne la protection contre l'eau.

Ce qu'une nappe haute change pour une construction

Voici l'enjeu concret. Tant que la nappe reste loin sous les fondations, elle ne gêne pas. Dès qu'elle remonte au niveau des ouvrages enterrés, tout change.

Une nappe haute agit de plusieurs façons sur un chantier et sur le bâtiment fini.

• Elle noie la fouille pendant les travaux et oblige à pomper l'eau, c'est le rabattement temporaire de nappe.
• Elle pousse contre les parois enterrées, murs de sous-sol et radier, par la pression de l'eau.
• Elle exerce une poussée vers le haut sur un sous-sol ou une cuve, comme un bateau qui flotte, la poussée d'Archimède.
• Elle réduit la portance de certains sols saturés et favorise les tassements.

Face à ces poussées, deux protections reviennent souvent. Le drainage collecte l'eau autour de l'ouvrage et l'évacue vers un exutoire. Le cuvelage, lui, rend le sous-sol étanche, comme une coque de béton qui résiste à la pression. Le choix dépend du niveau de la nappe et du sol. La mise en place d'un cuvelage étanche du sous-sol relève notamment du NF DTU 14.1.

Connaître le niveau de la nappe et son battement est donc une donnée de base avant de fonder. Une étude de sol qui rencontre l'eau adapte le type de fondation, prévoit la protection et chiffre le risque de tassement.

Nappe et pression de l'eau dans le sol

Sous le toit de la nappe, l'eau remplit les pores du sol et y exerce une pression. Cette pression de l'eau dans les vides du sol porte un nom précis en géotechnique, et elle gouverne une partie du comportement des argiles et des sables saturés.

Plus la nappe est haute, plus cette pression monte, et plus elle réduit la part de charge que les grains du sol se transmettent entre eux. Le sol perd alors de la portance. C'est ce mécanisme que décrit la pression de l'eau dans les pores du sol, à lire pour comprendre l'effet de l'eau sur la résistance du terrain.

Une confusion mérite d'être levée. Le retrait-gonflement des argiles vient des variations de teneur en eau de l'argile elle-même, qui gonfle à l'humidité et se rétracte à la sécheresse. Il ne se confond pas avec les variations du niveau de la nappe, comme l'explique la fiche sur le retrait-gonflement des argiles.

Questions fréquentes