Leçon 19 sur 19
Les eaux souterraines et leurs origines (fiche complémentaire)
Je sais reconnaître les grands types d'aquifères et de sources, expliquer l'origine des eaux minérales et thermales, et raisonner sur le captage, la qualité et la protection des eaux souterraines en Guinée.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Distinguer aquifères poreux, fissurés et karstiques et les situer en Guinée
- Expliquer la formation des différents types de sources et des eaux thermales et minérales
- Décrire le captage (puits, forage) et calculer débits et besoins en eau
- Expliquer les menaces sur la qualité des eaux souterraines (pollution, surexploitation, intrusion d'eau salée) et les moyens de les protéger
Avant de commencer : La leçon « Les eaux souterraines et leurs origines » (aquifère, nappe libre et captive, niveau piézométrique, recharge) ; « Le cycle de l'eau » ; « Quelques propriétés physiques des roches ».
1Je découvre
Kadiatou fait un exposé sur l'eau dans sa région, la Guinée forestière. Elle a rassemblé plusieurs observations :
- au pied d'une colline de granite, une source coule toute l'année, même en saison sèche ;
- dans un village voisin, une ONG a foré trois fois avant de trouver de l'eau : les deux premiers forages étaient « secs » ;
- l'eau d'un autre forage a un goût de fer et laisse des traces rouges dans les seaux ;
- sa tante, à Conakry, raconte que l'eau de certains puits près de la mer devient salée en saison sèche.
Elle a aussi lu que, dans certaines régions du monde, des sources sortent de terre chaudes, et que certaines eaux sont vendues comme « eaux minérales ».
Kadiatou veut relier toutes ces observations : pourquoi l'eau est-elle facile à trouver à certains endroits et pas à d'autres ? Pourquoi les sources ne tarissent-elles pas ? Et comment protéger cette eau ?
Quels sont les différents types d'aquifères et de sources, d'où viennent les eaux thermales et minérales, et comment capter et protéger les eaux souterraines ?
2Je comprends
1. Les trois grands types d'aquifères
Selon la nature des vides dans lesquels l'eau circule, on distingue trois types d'aquifères.
Les aquifères poreux (ou à porosité d'interstices). L'eau circule entre les grains de roches meubles ou peu cimentées : sables, graviers, alluvions, grès. Les nappes y sont continues et assez faciles à trouver. En Guinée : les sables côtiers et les alluvions des grands fleuves (Niger, Milo, Konkouré), les grès du Fouta-Djallon et de Guinée maritime.
Les aquifères fissurés (ou de socle). Dans les roches dures et peu poreuses (granites, gneiss, schistes, dolérites), l'eau circule seulement dans les fissures, les fractures et les failles, ainsi que dans la couche d'altérites (arène granitique) qui les recouvre. Les nappes y sont discontinues : un forage n'a de l'eau que s'il recoupe une zone fracturée. C'est le cas d'une grande partie de la Haute-Guinée et de la Guinée forestière. D'où les forages « secs » de l'exposé de Kadiatou : pour les éviter, on utilise la géophysique (mesures de résistivité électrique) et l'étude des cassures du relief pour repérer les fractures avant de forer.
Les aquifères karstiques. Dans les calcaires, l'eau chargée de gaz carbonique dissout la roche et élargit les fissures en conduits et en grottes, où circulent de véritables rivières souterraines. Les débits peuvent être énormes, mais l'eau est très vulnérable à la pollution car elle circule vite, sans filtration. Ce type d'aquifère est rare en Guinée, pauvre en calcaires.
- Poreux
- Fissuré (socle)
- Karstique
- entre les grains ; sables côtiers, alluvions du Niger, grès
- dans les fractures et l'arène ; granites et gneiss de Guinée forestière
- dans des conduits creusés par dissolution ; calcaires (rares en Guinée)
2. Les sources
Une source est un point où l'eau d'une nappe sort naturellement à la surface du sol. Elle apparaît là où la surface de la nappe rencontre la surface du sol.
- La source de déversement (ou de contact) : au pied d'un versant, là où affleure la limite entre une couche perméable (au-dessus) et une couche imperméable (au-dessous). L'eau, arrêtée par la couche imperméable, ressort au contact. Très fréquente au pied des falaises de grès du Fouta-Djallon.
- La source de débordement : la nappe est « pleine » et déborde au point le plus bas, souvent au fond d'une vallée.
- La source de faille : une faille fait remonter l'eau d'une nappe profonde, parfois captive, jusqu'à la surface.
- La résurgence karstique : sortie d'une rivière souterraine dans un calcaire.
Une source est permanente si la nappe qui l'alimente est assez grande pour ne pas se vider pendant la saison sèche, temporaire sinon. La source au pied de la colline de granite de Kadiatou est alimentée par l'arène et les fissures du granite, qui se vident lentement pendant toute la saison sèche.
Exemple
Une source du Fouta-Djallon a un débit de 0,5 L/s en saison sèche. Quel volume fournit-elle par jour ? Combien de personnes peut-elle alimenter à raison de 20 L par personne et par jour ?
Secondes dans un jour : 24 × 60 × 60 = 86 400 s.
Volume par jour : 0,5 × 86 400 = 43 200 L, soit 43,2 m³.
Nombre de personnes : 43 200 ÷ 20 = 2 160 personnes.
3. Les eaux thermales et minérales
Les eaux thermales sortent de terre à une température nettement supérieure à la température moyenne de l'air du lieu. Deux causes principales :
- l'eau s'est infiltrée profondément et s'est réchauffée selon le gradient géothermique (environ 30 °C par km), puis est remontée rapidement le long d'une faille avant d'avoir le temps de refroidir ;
- dans les régions volcaniques, l'eau est chauffée par un magma proche.
Les eaux minérales ont traversé longuement des roches dont elles ont dissous des sels minéraux (calcium, magnésium, sodium, bicarbonates, fer…). Leur composition est stable et caractéristique de leur trajet souterrain. Certaines sont gazeuses (riches en gaz carbonique d'origine profonde).
Exemple
Une eau de pluie s'infiltre et descend le long d'une faille jusqu'à 2,5 km de profondeur, où la température des roches suit un gradient de 30 °C/km à partir de 26 °C en surface. Elle remonte ensuite rapidement et perd 20 °C pendant sa remontée. À quelle température sort-elle ?
Température à 2,5 km : 26 + 30 × 2,5 = 26 + 75 = 101 °C (l'eau reste liquide car elle est sous pression).
Température à la sortie : 101 − 20 = 81 °C.
C'est une eau thermale, bien plus chaude que l'air ambiant.
4. Le captage des eaux souterraines
- Le puits traditionnel : creusé à la main, large (environ 1 à 1,5 m), peu profond (quelques mètres à une vingtaine de mètres). Il atteint la nappe libre superficielle. Il peut tarir en saison sèche et se pollue facilement s'il n'est pas protégé (margelle, couvercle, dalle).
- Le puits moderne : cuvelé en béton, plus profond, avec une margelle et une dalle anti-bourbier.
- Le forage : trou étroit (quelques dizaines de centimètres) creusé par une machine, de plusieurs dizaines de mètres à plus de cent mètres. Il atteint les nappes profondes ou les fractures du socle. Il est équipé d'un tubage, d'une crépine (tube percé de fentes qui laisse passer l'eau et retient le sable) et d'une pompe (manuelle, solaire ou électrique).
- Le captage de source : un petit ouvrage maçonné protège la sortie de l'eau et la conduit vers un réservoir ou des bornes-fontaines.
Méthode
Pour dimensionner un point d'eau :
- Besoin total par jour = nombre de personnes × consommation par personne (en L).
- Volume disponible = débit × durée de pompage (convertir : 1 m³ = 1 000 L ; 1 h = 3 600 s).
- Comparer : le volume disponible doit couvrir le besoin.
- Nombre de personnes desservies = volume disponible ÷ consommation par personne.
- Durée de pompage nécessaire = besoin ÷ débit.
Exemple
Un forage équipé d'une pompe solaire donne 3 m³/h pendant 8 heures d'ensoleillement par jour. Le village compte 1 500 habitants consommant 20 L par jour chacun. Le forage suffit-il ?
Volume disponible : 3 × 8 = 24 m³ = 24 000 L par jour.
Besoin : 1 500 × 20 = 30 000 L par jour.
24 000 est inférieur à 30 000 : le forage ne suffit pas ; il manque 6 000 L par jour.
Il faudrait 30 000 ÷ 3 000 = 10 heures de pompage, ou un deuxième point d'eau.
5. La qualité des eaux souterraines
L'eau souterraine est souvent de meilleure qualité que l'eau de surface, car le passage lent à travers le sol et les roches la filtre. Mais elle peut contenir :
- des substances naturelles : par exemple du fer en quantité élevée dans certaines eaux de socle (goût métallique, dépôts rouges), qui n'est pas toxique mais rend l'eau désagréable ; des sels dissous ;
- des pollutions humaines : microbes des latrines et des déchets (diarrhées, choléra, fièvre typhoïde), nitrates des engrais et des eaux usées, pesticides, métaux et produits chimiques des mines (mercure, cyanure), hydrocarbures des stations-service et garages.
6. Les menaces et la protection
La pollution. Une nappe libre peu profonde, dans un sable très perméable, est très vulnérable : les eaux souillées s'y infiltrent vite. Une fois polluée, une nappe met des années, voire des siècles, à se nettoyer.
La surexploitation. Si l'on pompe plus d'eau que la recharge n'en apporte, le niveau de la nappe baisse d'année en année : les puits tarissent et il faut forer toujours plus profond.
L'intrusion d'eau salée. Près de la mer, l'eau douce de la nappe « flotte » sur l'eau salée, plus dense, qui a pénétré sous le continent. Si l'on pompe trop, ou si la nappe baisse en saison sèche, l'eau salée avance sous les terres et atteint les puits : c'est ce qui arrive à certains puits côtiers, comme ceux dont parle la tante de Kadiatou.
Les moyens de protection :
- construire les latrines loin des puits (souvent au moins une trentaine de mètres, davantage dans un sable) et en aval du sens d'écoulement de la nappe ;
- équiper les puits d'une margelle, d'une dalle et d'un couvercle, et éviter l'abreuvement des animaux à côté ;
- établir des périmètres de protection autour des forages et des sources qui alimentent les villes : on y interdit ou limite les activités polluantes ;
- ne pas pomper plus que la recharge, surtout sur la côte ; suivre le niveau et la salinité des nappes ;
- protéger la végétation des zones de recharge pour favoriser l'infiltration ;
- traiter les eaux usées et gérer les déchets, en ville comme dans les mines.
3Je retiens
Je retiens
Aquifères poreux (entre les grains : sables, alluvions, grès), fissurés ou de socle (fractures et arène : granites, gneiss), karstiques (conduits de dissolution : calcaires, rares en Guinée).
En socle, les nappes sont discontinues : il faut repérer les fractures (géophysique) avant de forer.
Une source naît là où la surface de la nappe rencontre le sol : source de déversement (contact perméable/imperméable), de débordement, de faille, résurgence karstique.
Eau thermale : réchauffée en profondeur (gradient d'environ 30 °C/km) ou par un magma, remontée vite par une faille ; eau minérale : chargée de sels dissous, de composition stable.
Captage : puits (nappe libre), forage avec tubage, crépine et pompe (nappes profondes), captage de source.
Volume = débit × durée ; besoin = population × consommation par personne.
Menaces : pollution (latrines, déchets, mines), surexploitation, intrusion d'eau salée ; protection : distance latrines-puits, margelles, périmètres de protection, pompage inférieur à la recharge.
4Erreurs fréquentes
- Croire qu'on trouve de l'eau partout à la même profondeur dans le socle : les nappes y sont discontinues et liées aux fractures.
- Penser qu'une eau claire est forcément potable : les microbes et les nitrates sont invisibles ; seule une analyse le dit.
- Mal convertir les débits : 1 L/s = 3,6 m³/h = 86 400 L par jour.
- Construire la latrine en amont du puits : l'eau de la nappe s'écoule vers le puits et y apporte la pollution.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Cite les trois grands types d'aquifères et donne un exemple de roche pour chacun.
b) Qu'est-ce qu'une source de déversement ?
c) Donne deux causes possibles de la température élevée d'une eau thermale.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Aquifère poreux : sable, gravier, grès. Aquifère fissuré (de socle) : granite ou gneiss fracturé. Aquifère karstique : calcaire.
b) C'est une source qui apparaît au contact entre une couche perméable (au-dessus) et une couche imperméable (au-dessous), là où ce contact affleure sur un versant : l'eau de la nappe, arrêtée par la couche imperméable, ressort à cet endroit.
c) L'eau s'est infiltrée profondément et s'est réchauffée selon le gradient géothermique avant de remonter rapidement par une faille ; ou bien elle a été chauffée par un magma proche, dans une région volcanique.
2Exercice 2
Explique pourquoi, en Guinée forestière, deux forages ont été « secs » avant qu'un troisième trouve de l'eau. Que faut-il faire pour éviter ces échecs ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
La Guinée forestière est surtout formée de roches de socle (granites, gneiss) peu poreuses : l'eau n'y circule que dans les fractures et dans la couche d'arène. Les nappes y sont discontinues. Les deux premiers forages n'ont recoupé que de la roche saine, sans fractures : ils sont restés secs. Le troisième a rencontré une zone fracturée gorgée d'eau. Pour éviter ces échecs, il faut étudier la géologie et le relief (alignements, vallées rectilignes qui trahissent des failles) et faire des mesures géophysiques (résistivité électrique) pour repérer les fractures avant de forer.
3Exercice 3
Un forage a un débit de 1,2 L/s.
a) Convertis ce débit en m³/h.
b) Quel volume fournit-il en 10 heures de pompage ?
c) Combien de personnes peut-il desservir à 20 L par personne et par jour ? (Arrondis à la centaine inférieure.)
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 1,2 L/s × 3 600 s = 4 320 L/h = 4,32 m³/h.
b) 4,32 × 10 = 43,2 m³ = 43 200 L.
c) 43 200 ÷ 20 = 2 160, soit environ 2 100 personnes (arrondi à la centaine inférieure).
4Exercice 4
Une eau s'infiltre jusqu'à 1,8 km de profondeur, avec une température de surface de 25 °C et un gradient de 30 °C/km. Elle perd 15 °C en remontant.
a) Calcule sa température en profondeur et à la sortie.
b) Jusqu'à quelle profondeur aurait-elle dû descendre pour sortir à 70 °C (avec la même perte de 15 °C) ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) En profondeur : 25 + 30 × 1,8 = 25 + 54 = 79 °C. À la sortie : 79 − 15 = 64 °C.
b) Il faut 70 + 15 = 85 °C en profondeur : 25 + 30 × h = 85, donc 30 × h = 60 et h = 2 km.
5Exercice 5
(Type composition) Dans un quartier côtier de Conakry, les habitants se plaignent que l'eau de leurs puits devient salée en saison sèche et que certains puits provoquent des diarrhées.
a) Explique la salinisation des puits en saison sèche.
b) Explique l'origine probable des diarrhées, en utilisant la notion de nappe libre et de perméabilité.
c) Propose un plan de quatre mesures pour protéger et mieux gérer l'eau souterraine de ce quartier.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Près de la mer, la nappe d'eau douce repose sur de l'eau salée, plus dense, qui a pénétré sous le continent. En saison sèche, la nappe n'est plus rechargée et les habitants pompent beaucoup : le niveau d'eau douce baisse, et l'eau salée remonte et avance sous les terres jusqu'aux puits. C'est l'intrusion d'eau salée.
b) Les puits exploitent une nappe libre peu profonde, dans des sols souvent sableux et très perméables. Les eaux usées des latrines et des déchets s'infiltrent rapidement jusqu'à la nappe sans être filtrées : des microbes contaminent l'eau des puits, d'où les diarrhées.
c) Éloigner les latrines des puits et les placer en aval, avec des fosses étanches si possible ; protéger les puits (margelle, dalle, couvercle) et désinfecter l'eau de boisson ; limiter le pompage en saison sèche et surveiller la salinité, en fermant les puits les plus proches de la mer ; développer un réseau d'eau potable à partir de forages situés plus à l'intérieur et protégés par des périmètres de protection.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.