La carte piézométrique est l'outil de base de tout hydrogéologue : elle traduit visuellement la répartition de la charge hydraulique dans un aquifère et permet d'en déduire le sens d'écoulement. Ce chapitre présente le niveau piézométrique, sa mesure et sa cartographie, ainsi que les relations entre une nappe et un cours d'eau.
1. Le niveau piézométrique
Le niveau piézométrique est l'altitude de la surface de l'eau d'une nappe lorsque celle-ci est en équilibre avec la pression atmosphérique ; il correspond directement à la charge hydraulique exprimée en altitude. Il se mesure dans des piézomètres — ouvrages tubés spécifiquement destinés à l'observation du niveau de la nappe, sans pompage — ainsi que dans les puits, les forages et sur les zones d'affleurement de la nappe (sources, lacs ou rivières en connexion avec elle). Pour une nappe captive, on parle parfois de surface piézométrique plutôt que de niveau, car cette surface n'est pas une limite physique réelle de l'aquifère mais une surface fictive, correspondant au niveau que prendrait l'eau si elle pouvait remonter librement dans un tube.
2. La carte piézométrique et les courbes isopièzes
Une carte piézométrique se construit en reportant, sur un fond topographique, le niveau piézométrique mesuré dans un réseau de points d'observation, puis en traçant des courbes isopièzes (ou hydro-isohypses), qui relient les points de même charge hydraulique — de la même façon que les courbes de niveau relient les points de même altitude. Cette carte permet de lire directement plusieurs informations essentielles : le sens d'écoulement de la nappe, toujours perpendiculaire aux isopièzes et orienté des charges élevées vers les charges faibles ; le gradient hydraulique, d'autant plus fort que les isopièzes sont resserrées ; et les zones d'alimentation (recharge, isopièzes convexes vers l'aval) ou de drainage (isopièzes concaves) de la nappe.
La carte piézométrique met aussi en évidence les anomalies révélatrices de la structure de l'aquifère : un resserrement local des isopièzes peut signaler une zone de moindre perméabilité ou un accident structural (faille), tandis qu'un dôme piézométrique correspond souvent à une zone de recharge préférentielle. Établie à des périodes différentes (hautes eaux, basses eaux), elle permet de suivre l'évolution saisonnière ou pluriannuelle de la nappe et de quantifier son battement.
3. Les relations entre nappe et rivière
La relation entre une nappe et un cours d'eau qui la recoupe dépend de la position relative de leurs niveaux d'eau. Une nappe est dite drainante (ou effluente) lorsque son niveau piézométrique est supérieur au niveau de la rivière : la nappe alimente alors le cours d'eau, qui prélève une partie de son débit de base sur les réserves souterraines — situation fréquente en période d'étiage. À l'inverse, une nappe influente (ou perchée par rapport au cours d'eau) reçoit une partie de l'eau de la rivière, dont le niveau est alors supérieur au niveau piézométrique de la nappe ; c'est souvent le cas en périodes de crue, ou de façon permanente lorsqu'un lit de rivière colmaté isole hydrauliquement le cours d'eau de la nappe sous-jacente.
Une nappe perchée désigne, dans un sens différent, une petite nappe libre reposant sur une lentille imperméable locale, située au-dessus du niveau piézométrique de la nappe principale sous-jacente dont elle est déconnectée hydrauliquement. Ces distinctions ont une portée pratique directe : elles conditionnent la vulnérabilité de la nappe à une pollution de surface, ainsi que l'impact d'un pompage en nappe sur le débit du cours d'eau associé.
Carte représentant, par des courbes isopièzes, la répartition spatiale de la charge hydraulique dans un aquifère ; elle permet de déduire le sens d'écoulement, perpendiculaire aux isopièzes.
Nappe dont le niveau piézométrique est supérieur à celui du cours d'eau associé : elle alimente ce cours d'eau, notamment en période d'étiage.
| Situation | Niveau nappe vs rivière | Sens du transfert |
|---|---|---|
| Nappe drainante (effluente) | Nappe > rivière | Nappe alimente la rivière |
| Nappe influente | Rivière > nappe | Rivière alimente la nappe |
| Lit colmaté / déconnexion | Sans relation directe | Écoulements indépendants |
Relations nappe-rivière
- Niveau piézométrique = altitude de la surface de l'eau à l'équilibre avec la pression atmosphérique, mesuré au piézomètre.
- Carte piézométrique : courbes isopièzes = points de même charge ; écoulement perpendiculaire aux isopièzes, des fortes vers les faibles charges.
- Isopièzes resserrées → fort gradient hydraulique ; isopièzes convexes vers l'aval → zone d'alimentation.
- Nappe drainante : nappe > rivière, la nappe alimente le cours d'eau (soutien d'étiage).
- Nappe influente : rivière > nappe, le cours d'eau recharge la nappe (souvent en crue ou lit colmaté).
Épreuve classique : donner une carte piézométrique simplifiée et demander de tracer le sens d'écoulement et de repérer une zone de recharge ou de drainage. Sais aussi expliquer, schéma à l'appui, la différence entre nappe drainante et nappe influente. Piège fréquent : orienter l'écoulement le long des isopièzes au lieu de perpendiculairement à elles.