Etat quantitatif des eaux souterraines

Situation actuelle

Les observations des dernières années ont mis en évidence que la saturation des sols joue un rôle primordial pour la recharge des eaux souterraines. Il devient toujours plus évident que non seulement l’automne et l’hiver doivent accumuler une certaine quantité de précipitations, mais que des périodes de sécheresse plus ou moins prononcées durant l’été (p.ex. l’année 2022) jouent un rôle non négligeable, au détriment de la recharge. Des pluies régulières sur toute l’année sont donc nécessaires, permettant ainsi de garder la saturation des sols à un niveau suffisamment élevé pour optimiser l’infiltration des eaux souterraines au début de la période de recharge, à savoir au mois de novembre de chaque année.

Les débits d’un nombre de sources ont continué à régresser en 2023 et les minimas rencontrés sont légèrement plus prononcés que l’année précédente. D’autres sources montrent des variations de débits comparables à l’année précédente. De manière générale, l’état quantitatif n’a pas su se rétablir en 2023. Il faut cependant remarquer qu’à la fin de l’année hydrologique 2022/2023, les débits de source mesurés au niveau de l’aquifère du Grès de Luxembourg ne se trouvent pas à un niveau critique.

L’évolution des niveaux des nappes phréatiques observés dans les piézomètres de surveillance indique toutefois une situation comparable à l’année précédente.

Figure 1 : Variations des niveaux piézométriques de la station de surveillance à Waldbillig, code national FRE-118-19 (aquifère du Grès de Luxembourg)

 

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Un petit peu d’histoire…

Après la sécheresse de l’année 1976, une campagne de jaugeage (suivi des débits) des sources a été mise en œuvre par le service géologique de l’Etat, de l’Administration des ponts et chaussées. En 2002, la campagne a été reprise par les services de la gestion de l’eau de l’époque et le débit, la température et la conductivité électrique de près de 200 sources ont été mesurés trimestriellement. Après la fondation de l’Administration de la gestion de l’eau en 2004, le suivi des sources a été poursuivi par la division des eaux souterraines et des eaux potables. Le réseau initial des sources a été optimisé au fur et à mesure. 

 

Photo 1 : Photo des endroits où la mesure du débit (jaugeage) d’une source et la prise d’échantillons peuvent être réalisées

 

Actuellement, une dizaine de piézomètres et forages a été intégrée à la campagne pour pouvoir suivre régulièrement les variations des niveaux de plusieurs nappes d’eaux souterraines en plus des débits des sources.

Les piézomètres sont des forages de petit diamètre, permettant juste la prise d’échantillons et le suivi du niveau d’une nappe d’eau souterraine en particulier.
 

Schéma 1 : Schéma d’un piézomètre pour le suivi de l’évolution du niveau d’une nappe d’eau souterraine (Ineris)

Surveillance des eaux souterraines

De nombreuses sources ainsi que des forages sont suivis régulièrement pour évaluer l’état quantitatif des eaux souterraines, en plus de l’état qualitatif .

Ce suivi consiste à mesurer le débit des sources ainsi que les variations du niveau des nappes d’eau souterraine dans des forages ou piézomètres. Ces mesures sont réalisées, soit à la main, soit en continu, à l’aide de capteurs de pression.

 

Photo 2 : Photo d’une sonde de mesure en continu du niveau d’une nappe d’eaux souterraines

 

Les valeurs de température et de conductivité électrique des eaux souterraines sont également mesurées. L’interprétation de l’ensemble des données permet d’estimer les temps de transfert des eaux pluviales entre la zone d’alimentation (zone d’infiltration) et les résurgences naturelles des nappes d’eaux souterraines (sources). Ces temps varient en fonction des caractéristiques des aquifères.

Interprétation des données de suivi des sources

L’analyse de l’évolution des débits, de la température et de la conductivité des sources apporte de précieuses informations aux fournisseurs d’eau potable et aux scientifiques.
En effet, les mesures pluriannuelles, réalisées par l’Administration de la gestion de l’eau, sont comparées aux données de précipitation et permettent de définir :

  • les débits exploitables et la disponibilité des ressources pour la distribution d’eau potable,
  • l’impact des précipitations sur la recharge des nappes d’eaux souterraines et les écoulements souterrains,
  • la vulnérabilité des captages, en fonction de l’observation ou non d’arrivées plus ou moins importantes d’eaux de surface mal filtrées, chargées en bactéries coliformes, en germes, etc.

Les mesures des débits de sources, qu’elles soient réalisées ponctuellement ou en continu, peuvent être mises en œuvre de différentes façons. Le choix d’une méthode de mesure dépend des caractéristiques des sources, de leur aménagement ou encore de leur accès.

Des débitmètres installés sur une canalisation peuvent mesurer en continu le débit d’une source lorsque le captage permet l’installation d’une canalisation.

On peut également chronométrer la durée de remplissage d’un récipient, par exemple un seau, d’un volume précis, pour déterminer le débit d’une source à un instant t.

Des déversoirs, installés de façon permanente en sortie de galerie drainante ou de bassin de collecte des venues d’eau d’une source, permettent également de réaliser des mesures ponctuelles de débit.

 

Photo 3 : Photo de la mesure du débit d’une source à l’aide d’un déversoir

 

Les résultats de ces mesures, suivies en continu ou plusieurs fois par an, sont alors présentés, avec d’autres données telles que la pluviométrie, sur des graphes.

Un exemple de graphe, réalisé pour le suivi de la source Weissbach (code nationale SCC-508-09) est donné ci-dessous. La source Weissbach, qui est une résurgence naturelle des eaux souterraines de l’aquifère du Grès de Luxembourg, fait partie du réseau de surveillance de l’état quantitatif de la masse d’eau souterraine du Lias inférieur.

 

Figure 1 : Evolution des débits de la source Weissbach entre 2010 et 2021

 

Sur la figure précédente, on peut observer les variations des débits de la source Weissbach ainsi que les précipitations, qui ont eu lieu entre 2010 et 2021.

De façon générale, plusieurs années relativement sèches se sont succédées entre 2014 et 2017, ce qui a impliqué une diminution généralisée des débits des sources.

Grâce aux importantes précipitations, qui ont eu lieu notamment entre les mois de novembre et d’avril entre 2019 et 2022, les débits des sources ont fortement augmenté un peu partout au Luxembourg.

Il est important de considérer que la recharge des nappes ne se produit pas tout au long de l’année, se concentre entre novembre à avril, et dépend de nombreux facteurs tels que :

  • la perméabilité du sol et du sous-sol,
  • les saisons, sachant qu’environ 80% de la recharge se produit lorsque la végétation est au repos et que l’ensoleillement, les températures, etc. sont tels que moins d’évaporation et moins d’utilisation des précipitations par les plantes ne peuvent se produire,
  • l’occupation des sols (surfaces scellées empêchant l’infiltration des précipitations dans le sol),
  • la répartition spatiale des précipitations.

Interprétation des variations des niveaux des nappes

Les variations des niveaux des eaux souterraines d’un aquifère donné (qui fait partie d’une masse d’eau souterraine spécifique) [MB1] sont observées par le biais de piézomètres (voir schéma 1).

 

Figure 2 : Evolution du niveau d’une nappe dans le forage de surveillance FRE-118-19 entre 2013 et 2021

 

La figure 2 montre l’évolution du niveau de la nappe du Grès de Luxembourg dans un forage de surveillance entre 2013 et 2021. L’amplitude des variations du niveau est beaucoup plus faible que celle des débits des sources. En général, une nappe varie naturellement, en l’absence de prélèvements, de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, en fonction de la pluviométrie et en fonction des caractéristiques de l’aquifère. Les variations du niveau de la nappe sont comparables à celles du débit de la source Weisbach, présentées ci-dessus. En effet, la diminution du niveau des nappes engendre une diminution des débits des sources entre 2014 et 2017, années successives particulièrement sèches.

Depuis 2017 et grâce à la succession de plusieurs années particulièrement pluvieuses, notamment entre les mois de novembre et d’avril, les niveaux des nappes ont une tendance à l’augmentation et ce pour tous les aquifères du pays.

Ces données de débits des sources et de variations du niveau des nappes sont analysées tous les 3 mois et des bulletins d’analyses sont rédigés par l’Administration de la gestion de l’eau de façon périodique, comme expliqué ci-dessous.

Bulletins périodiques

Après une succession d’années particulièrement sèches entre 2014 et 2017, l’Administration de la gestion de l’eau a souhaité mettre en place un suivi plus rapproché de l’évolution des débits des sources, des niveaux des nappes d’eau souterraine et comparer de façon régulière et rapprochée ces données aux valeurs de précipitations.

Ainsi, l’Administration de la gestion de l’eau publie de façon périodique (3 à 4 fois par année) des bulletins récapitulant l’évolution de l’état quantitatif des eaux souterraines au Luxembourg. Ces bulletins sont disponibles en bas de page.

Dans ces bulletins périodiques, l’Administration de la gestion de l’eau fait part de ses observations et de ses interprétations : par exemple, les données collectées via le suivi des niveaux des nappes et des débits des sources ainsi que les données de précipitations ont permis de mettre en évidence que la saturation des sols joue un rôle primordial dans la recharge des eaux souterraines. Il est de plus en plus évident qu‘une recharge conséquente des eaux souterraines nécessite non seulement que l’automne et l’hiver (de novembre à avril) soient particulièrement pluvieux, mais aussi qu’une certaine quantité de pluie puisse s’accumuler pendant la période estivale, qui joue un rôle certes secondaire, mais non négligeable. En effet, des pluies régulières pendant l’été permettent de garder la saturation des sols à un niveau suffisamment élevé pour favoriser la recharge dès le début de l’année hydrologique, fin octobre, début novembre.

La situation actuelle de l’état des nappes d’eau souterraine est la suivante : l’ensemble des nappes ne souffre plus des déficits extrêmes, connus notamment en 2017. L’état quantitatif général des eaux souterraines, bien que satisfaisant, se situe actuellement toujours à un niveau modérément inférieur à la normale.

Une amélioration durable de l’état quantitatif des eaux souterraines reste toujours incertaine. Afin de préserver l’état actuel des nappes d’eau souterraine et de revenir à la normale ou d’être supérieur à la normale, des recharges conséquentes et régulières seront nécessaires et sont souhaitées.

L’Administration de la gestion de l’eau reste vigilante quant à l’évolution de l’état général des nappes d’eau souterraine.

Etat quantitatif des masses d’eau souterraine

L’état quantitatif d’une masse d’eau souterraine est l’expression du degré d’incidence des prélèvements directs et indirects sur une masse d’eau souterraine. Un bilan simple peut être réalisé entre la somme des prélèvements et la recharge réelle du ou des aquifères, qui constituent une masse d’eau souterraine. Si la somme des prélèvements est inférieure à la valeur de recharge d’une masse d’eau souterraine, alors l’état quantitatif de cette masse d’eau souterraine est bon. Au contraire, si les prélèvements totaux sont supérieurs à la recharge d’une masse d’eau souterraine, cette dernière est surexploitée, se détériore et est en mauvais état : il faudra alors réduire les prélèvements.

Au Luxembourg, toutes les masses d’eau souterraine sont en bon état. 

 

Carte 1 : Bon état quantitatif des masses d’eau souterraine au Luxembourg

 

On constate cependant que pendant plusieurs années, une diminution des niveaux de certaines nappes a été observée localement. L’Administration de la gestion de l’eau se montre vigilante par rapport à cette situation et contrôle de plus en plus fréquemment les prélèvements, qui sont réalisés dans les différents aquifères pour prévenir toute dégradation.

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