Biseau salé

Unbiseau salé(ou uneintrusion salée) est l'intrusion d'eau saumâtre ou salée dans une masse d'eau.

L'eau salée étant plus lourde et visqueuse que l'eau douce. S'il y a déséquilibre, l'eau salée (plus dense) peut « repousser » vers l'intérieur des terres la nappe d'eau douce^[1].

Théoriquement, en raison d'une différence importante de densité, après un temps d'équilibrage, ces deux masses d'eau peuvent ne pas se mélanger (en l'absence de mouvements des masses d'eau ou de mélanges d'originegéothermique,le mélange peut se faire par dispersion/diffusion, lequel peut être freiné dans certains substrats, dans le calcaire peu faillé par exemple). Près de la côte, des mouvements épisodiques ou saisonniers (par exemple induit par une marée ou par les pompages, ou par un afflux d'eau d'origine pluviale ou de fonte de neige ou glacier) peuvent également mélanger ces eaux et/ou déplacer le biseau salé, en pouvant poser un problème quand l'eau salée menace une nappe phréatique (souterraine ou superficielle) ou l'eau d'un réservoir destiné à produire de l'eau potable ou d'irrigation ou remonte vers le sol en atteignant les racines d'arbres ou de plantes cultivées.

Origines possibles

La formation d'un biseau salé implique une « connexion hydraulique » (au moins temporaire ou épisodique) entre des eaux souterraines et l'eau de mer (ou l'eau provenant d'une autre nappe salée).
Un biseau salé, ou plus généralement une intrusion salée peuvent avoir plusieurs origines, dont principalement:

une intrusion marine à la suite d'unesurcote,avec ou sans une rupture dedigue(par exemple sur une zone depolderou de basses-terre à l'occasion d'ondes de tempêteou d'untsunami);
le mouvement d'une masse d'eau salée à partir de la mer vers une nappe phréatique terrestre via un substrat géologique sous-littoral perméable (sableux typiquement) ou faillé^[2].
En zone côtière, la nappe d'eau douce est en contact direct avec la nappe d'eau salée plus dense. Le simple fait de trop pomper dans la nappe d'eau douce, ou le défaut d'alimentation d'une nappe à la suite d'une période moins pluvieuse, suffit à permettre à l'eau salée de « polluer » une nappe d'eau douce utilisée comme aquifères pour l'irrigation,la fourniture d'eau industrielleou d'eau potable,ou surtout conduit au déplacement de l'interfaceeau salée/eau douce.Le pompage d'eau douce à proximité de la mer met la nappe phréatique en dépression, réduisant sa capacité à équilibrer les pressions de l'eau salée qui devient alors intrusive. Cette situation progresse déjà dans de nombreuses régions littorales (en Floride par exemple)^[1].
L'augmentation du niveau de la merpourrait devenir la source de nouveaux biseaux salés (ou de leur déplacement vers l'intérieur des terres)^[3];
l'apport d'eau salée vers les terres via des canaux de navigation ou les canaux d'irrigation ou de drainage connectés à la mer sans écluse ou sans clapet anti-retour;
la mise en connexion accidentelle d'une nappe salée avec une nappe d'eau douce (via un puits deforagemal étanchéifié par exemple). Ce risque existe parfois aussi en mer; par exemple, en 1979, un forage de puits d'exploitation pétro-gazière situé à 55 miles au large deSaint Marys(sud-est de laGéorgie), a percé le dessus d'une partie profonde de l'aquifère supérieur de Floride^[4].

À proximité d'unebaieou d'unestuairele biseau salé s'enfonce généralement plus loin du trait de côte (plus ou moins loin selon la forme du trait de côte, la perméabilité du substrat et selon la pression de l'eau douce). Quand il existe une succession horizontale ou en pente de couches perméables et imperméables, un biseau salé peut s'enfoncer de manière plus ou moins avancée dans chacune de ces couches perméables^[5].

Sous unisthme,unepresqu'îleou uneîlemarine, s'il existe une ou plusieurs nappes, la présence de chlorures dans son eau est généralement plus élevée à cause de la proximité de la mer et d'un moindre apport d'eau douce venant du continent^[6].

Hydrologie

L'eau salée ayant une teneur en sels (chlorures essentiellement) plus élevée, elle est plus dense que l'eau douce, ce qui lui donne unecharge hydrauliqueplus élevée que l'eau douce.
Lacharge hydrauliquefait ici référence à la pression du liquide exercée par une colonne d'eau; une colonne d'eau avec une charge hydraulique plus élevée se déplacera dans une colonne d'eau avec une charge hydraulique inférieure (si ces colonnes sont connectées).

Les premières formulations physiques de l'intrusion d'eau salée semblent avoir été faites par W. Badon-Ghijben (1888,1889) et A. Herzberg (1901), pour cette raison dite relation de Ghyben-Herzberg^[7].Ils ont dérivé des solutions analytiques pour approximer le comportement d'intrusion, qui sont basées sur un certain nombre d'hypothèses qui ne sont cependant pas valables dans tous les contextes géologiques.

La formule de Ghyben-Herzberg^[7]

Dans l'équation,

$z={\frac {\rho _{f}}{(\rho _{s}-\rho _{f})}}h$

l'épaisseur de la zone d'eau douce située au-dessus du niveau marin est représentée par $h$ et la hauteur située sous le niveau de la mer est représenté par $z$ . Ces deux épaisseurs $h$ et $z$ ,sont liées par $\ rho_{f}$ et $\ rho_{s}$ où $\ rho_{f}$ est la densité de l'eau douce et $\ rho_{s}$ est la densité de l'eau salée. L'eau douce a une densité d'environ 1 gramme par centimètre cube (g/cm³) à20°C,tandis que celle de l'eau de mer est d'environ 1,025 g/cm³.L'équation peut être simplifiée en

$z\ =40h$ ^[3].

Autrement dit, selon la formule du rapport Ghyben-Herzberg: pour chaque mètre d'eau douce dans un aquifère non confiné au-dessus du niveau de la mer, il y aura quarante mètres d'eau douce dans l'aquifère sous le niveau de la mer.

Risques

Pour les nappes superficielles, les risques de salinisation sont associés à des impacts très négatifs sur labiodiversitéliée auxzones humidesd'eau douce.

Pour les communautés humaines, le risque de manquer d'eau potable et d'irrigation peut être associé à des coûts élevés de réacheminement et stockage d'eau douce ou de dessalement^[8]et/ou à la mort d'arbres et de cultures agricoles, d'érosion éolienne ou hydraulique des sols, dechangements écopaysagers,etc.

La remontée du biseau salé vers l'intérieur des terres constitue un phénomène souvent difficilement réversible, l'eau salée se comportant comme unelimite étanche.Une fois que le biseau s'est déplacé, le gradient hydraulique requis pour le faire reculer est bien plus important que la situation d'équilibre initiale.

Prospective

Avec l'augmentation de la densité de population littorale, lamontée de la meret l'accroissement du risque desécheresseestivale (induit par leréchauffement climatique), le risque d'intrusion pourrait augmenter dans les décennies à venir^[9].

Connaissances encore lacunaires

La manière dont les eaux se mélangent dans les aquifères dépend de nombreux facteurs; elle est encore mal comprise: structures hydrogéologiques et variations de capillarité souvent complexes, flux saisonniers d'alimentation, pression marine variant selon plusieurs cycles (marnage des marées, grandes marées) sous les franges littorales,etc.Mais dans la seconde moitié duXX^esiècle, la puissance de calcul disponible s'est considérablement accrue, permettant des modèles numériques moins d'hypothétiques et applicables de manière plus générale^[10].

Évaluation, protection

Le problème est connu depuis plus d'un siècle, mais on cherche à affiner desmodèles hydrogéologiquesethydrodynamiquespermettant de l'expliquer et de faire des prévisions pour évaluer les risques ou l'effectivité d'une intrusion salée dans un aquifère.

De nombreuses législations nationales ou plurinationales protègent certainschamps captant,dont certains sont dits « irremplaçables », via despérimètres de protectiondu champ captant ou de captages (périmètres rapprochéet éloigné,zone tampon,etc.). Les travaux risquant d'y introduire de l'eau salée sont interdits, mais en général uniquement dans un périmètre rapproché ou restreint.

Notes et références

↑^aetb(en)Ted Johnson, «Battling Seawater Intrusion in the Central & West Coast Basins»[PDF](bulletin technique), surwrd.org,Water Replenishment District of Southern California (WRD),automne 2007.
↑(en)Gilbert W. Leve, «Relation of concealed faults to water quality and the formation of solution features in the Floridan aquifer, northeastern Florida, U.S.A.»,Journal of Hydrology,vol.61,n^os1-3,‎février 1983,p.251-264(ISSN0022-1694,OCLC4646237721,DOI10.1016/0022-1694(83)90252-4).
↑^abetcBarlow 2003.
↑(en)Richard H. Johnston, Peter W. Bush, Richard E. Krause, James A. Miller et Craig L. Sprinkle,Summary of Hydrologic Testing in Tertiary Limestone Aquifer, Tenneco Offshore Exploratory Well—Atlantic OCS, Lease-block 427 (Jacksonville NH 17–5),Institut d'études géologiques des États-Unis,coll.« Water Supply Paper » (n^o2180),1982,15p.(DOI10.3133/wsp2180,lire en ligne).
↑Barlow 2003,voir figure 19, avec exemple de quatre aquifères littoraux superposés en Floride.
↑Barlow 2003,voir figure 20, avec l'exemple de la Floride.
↑^aetb(en)ArnoldVerruijt,«A Note on the Ghyben-Herzberg Formula»,Bulletin of the International Association of Scientific Hydrology,vol.13,n^o4,‎décembre 1968,p.43-46(ISSN0020-6024,e-ISSN2150-3435,DOI10.1080/02626666809493624,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).
↑(en)FayeAndersonet NajlaAl-Thani,«Effect of Sea Level Rise and Groundwater Withdrawal on Seawater Intrusion in the Gulf Coast Aquifer: Implications for Agriculture»,Journal of Geoscience and Environment Protection,vol.4,n^o4,‎avril 2016,p.116-124(ISSN2327-4336,e-ISSN2327-4344,OCLC6032311878,DOI10.4236/gep.2016.44015,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).
↑Jean-Philippe Bellot, «Comprendre les intrusions d'eau salée dans les aquifères littoraux», suractu-environnement,19 octobre 2012.
↑(en)A.Romanazzi,F.Gentileet M.Polemio,«Modelling and management of a Mediterranean karstic coastal aquifer under the effects of seawater intrusion and climate change»,Environmental Earth Sciences,vol.74,n^o1,‎juillet 2015,p.115-128(ISSN1866-6280,e-ISSN1866-6299,DOI10.1007/s12665-015-4423-6,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).

Voir aussi

Bibliographie

:document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

(en)Paul M. Barlow,Ground Water in Freshwater-Saltwater Environments of the Atlantic Coast,Reston,Institut d'études géologiques des États-Unis,coll.« Circular » (n^o1262),2003,113p.(ISBN 0-607-95194-X,lire en ligne[PDF]).

Articles connexes

[Johnson_2OO7-1] tb(en)Ted Johnson, «Battling Seawater Intrusion in the Central & West Coast Basins»[PDF](bulletin technique), surwrd.org,Water Replenishment District of Southern California (WRD),automne 2007.

[2] (en)Gilbert W. Leve, «Relation of concealed faults to water quality and the formation of solution features in the Floridan aquifer, northeastern Florida, U.S.A.»,Journal of Hydrology,vol.61,n^os1-3,‎février 1983,p.251-264(ISSN0022-1694,OCLC4646237721,DOI10.1016/0022-1694(83)90252-4).

[Barlow2003-3] tcBarlow 2003.

[4] (en)Richard H. Johnston, Peter W. Bush, Richard E. Krause, James A. Miller et Craig L. Sprinkle,Summary of Hydrologic Testing in Tertiary Limestone Aquifer, Tenneco Offshore Exploratory Well—Atlantic OCS, Lease-block 427 (Jacksonville NH 17–5),Institut d'études géologiques des États-Unis,coll.« Water Supply Paper » (n^o2180),1982,15p.(DOI10.3133/wsp2180,lire en ligne).

[Barlow2003voir_figure_19,_avec_exemple_de_quatre_aquifères_littoraux_superposés_en_Floride-5] Barlow 2003,voir figure 19, avec exemple de quatre aquifères littoraux superposés en Floride.

[Barlow2003voir_figure_20,_avec_l'exemple_de_la_Floride-6] Barlow 2003,voir figure 20, avec l'exemple de la Floride.

[Verruijt_1968-7] tb(en)ArnoldVerruijt,«A Note on the Ghyben-Herzberg Formula»,Bulletin of the International Association of Scientific Hydrology,vol.13,n^o4,‎décembre 1968,p.43-46(ISSN0020-6024,e-ISSN2150-3435,DOI10.1080/02626666809493624,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).

[8] (en)FayeAndersonet NajlaAl-Thani,«Effect of Sea Level Rise and Groundwater Withdrawal on Seawater Intrusion in the Gulf Coast Aquifer: Implications for Agriculture»,Journal of Geoscience and Environment Protection,vol.4,n^o4,‎avril 2016,p.116-124(ISSN2327-4336,e-ISSN2327-4344,OCLC6032311878,DOI10.4236/gep.2016.44015,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).

[9] Jean-Philippe Bellot, «Comprendre les intrusions d'eau salée dans les aquifères littoraux», suractu-environnement,19 octobre 2012.

[10] (en)A.Romanazzi,F.Gentileet M.Polemio,«Modelling and management of a Mediterranean karstic coastal aquifer under the effects of seawater intrusion and climate change»,Environmental Earth Sciences,vol.74,n^o1,‎juillet 2015,p.115-128(ISSN1866-6280,e-ISSN1866-6299,DOI10.1007/s12665-015-4423-6,lire en ligne,consulté le27 décembre 2020).

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