Inondations

Les nappes phréatiques sont alimentées (rechargées) par l'infiltration d'une partie de l'eau de pluie qui atteint le sol.

Leur niveau varie de façon saisonnale :

• la recharge des nappes a principalement lieu durant la période hivernale car cette saison est propice à l'infiltration d'une plus grande quantité d'eau de pluie : les précipitations sont plus importantes, la température et l'évaporation sont plus faibles, et la végétation, peu active, prélève moins d'eau dans le sol ;
• à l'inverse, durant l'été, la recharge des nappes est faible ou nulle ;
• on appelle «battement de la nappe» la variation de son niveau au cours de l'année.

Si des évènements pluvieux exceptionnels surviennent et engendrent une recharge exceptionnelle, le niveau de la nappe peut alors atteindre la surface du sol et provoquer une inondation "par remontée de nappe". 

Les nappes dont la remontée est susceptible de provoquer des inondations sont :

• les nappes phréatiques dites "libres" (qui ne sont pas séparées du sol par une couche de terrain imperméable) ;
• dont la zone non saturée (couche de terrains contenant à la fois de l'eau et de l'air) est mince.

Trois paramètres sont particulièrement importants dans le déclenchement (et la durée) des inondations par remontée de nappes :

• une suite d'années à pluviométrie excédentaire, entraînant des niveaux d'étiages de plus en plus élevés ;
• une amplitude importante de battement annuel de la nappe, dépendant étroitement du pourcentage d'interstices de l'aquifère ;
• un volume global important d'eau contenue dans la nappe.

Les caractéristiques de l'aquifère dans lequel est contenu la nappe sont également déterminantes. Ainsi, la plupart des cas de phénomènes de remontées de nappes en France ont été relevés :

• soit au sein d'aquifères calcaires ou crayeux représentant une masse régionale importante. C’est le cas par exemple des calcaires jurassiques du Callovo-Oxfordien de la région de Caen et de la craie de Picardie, du Nord et de Champagne pour l’essentiel ;
• soit en liaison avec des aquifères plus perméables et plus limités dans l'espace, mais où, en raison de la présence d'un substratum imperméable, le surplus d'eau ne pouvait que s'écouler en surface. Cela a été notamment le cas des buttes tertiaires du bassin parisien.

Cas des nappes contenues dans des aquifères de type calcaires ou crayeux 

Les aquifères de type calcaires ou crayeux sont propices au phénomène de remontée de nappe. En effet, leur faible volume d’interstices favorisent une montée du niveau d'eau plus rapide et plus importante et un battement naturel de la nappe plus important.

Les inondations par remontées des nappes contenues dans ce type d'aquifère apparaissent lorsque les caractéristiques suivantes sont rencontrées :

• des niveaux de la nappe particulièrement hauts ;
• un taux d’humidité élevé dans la zone non saturée ;
• des épisodes pluvieux intenses et répétés sur plusieurs années consécutives.

Dans ce type d'aquifère à faible taux d'interstices, les décrues de la nappe peuvent être lentes puisque la circulation de l'eau dans les interstices est elle-même assez lente. Lorsque la masse de l'aquifère qui contribue à l'inondation est très importante, celle-ci peut durer très longtemps : c'est ce qui s'est passé dans la Somme pendant l'hiver jusqu'à la fin du printemps 2001.

Cas des inondations par remontées de nappes reposant sur une formation imperméable

Les nappes reposant sur une formation imperméable peuvent engendrer des inondations par remontée de nappe du fait :

• de leur capacité de stockage très limitée ;
• de leur recharge directe importante suite à des épisodes pluvieux conséquents et continus ;
• de leur caractère souvent très perméable qui favorise ainsi la connexion hydraulique avec les drains de surface type rivière.

Les inondations par remontée de nappes dans ce type de contexte hydrogéologique peuvent être de durée relativement courte, en comparaison avec les inondations par remontées des nappes contenues dans des aquifères de type calcaires ou crayeux.

La principale difficulté est qu’il est généralement difficile de distinguer l’inondation induite par la remontée de nappe de celle induite par la crue de la rivière ou par des épisodes pluvieux intenses.

Selon les secteurs, le phénomène d'inondation par remontée de nappes a permis d'observer :

• une inondation généralisée dans les vallées majeures, par contribution exceptionnelle de la nappe. C'est le cas typique de la Somme ;
• la ré-activation par des cours d'eau temporaires de certaines vallées sèches (valleuses de Normandie, de Grande Terre en Guadeloupe), où habituellement les cours d'eau ne coulent plus en surface mais uniquement dans les fissures souterraines de la roche ou dans le réseau karstique sous-jacent ;
• l'apparition d'étangs et de mares temporaires sur certains plateaux dans des zones de dépressions (dolines de décalcification ou anciennes carrières) ;
• l'apparition de lignes de sources dans les thalwegs, bien en amont des sources habituelles ;
• des inondations par des causes secondaires : c'est en particulier le cas lorsque des ouvrages de génie-civil sous-dimensionnés ont étés éxécutés pour permettre le passage de voies d'accès pour le franchissement de vallées sèches ou de vallons qui ne coulent habituellement pas. Lors des remontées de nappes, ces ouvrages forment barrage et provoquent inondations des terrains situés en amont ;
• des mouvements de terrains notamment sur des sites à pente importante. La remontée de l'eau déstabilisant la couche la plus meuble du sol et de la zone altérée de la roche. Toutefois il est difficile de les distinguer des mouvements de terrain dus à une saturation excessive et directe des sols par la pluie.

Les dommages recensés sont liés soit à l'inondation elle-même, soit à la décrue de la nappe qui la suit. Les dégâts le plus souvent causés par ces remontées sont les suivants :

• Inondations de sous-sols, de garages semi-enterrés ou de caves

Ce type de désordres peut se limiter à de faibles infiltrations et à quelques suintements, mais l'humidité en remontant dans les murs peut arriver à la longue à désagréger les mortiers, d'autant plus si le phénomène est fréquent. Dans ce cas, une pompe d'épuisement placée dans le point le plus bas, ou mieux, dans un petit puits creusé expressément à environ 50 cm sous le niveau du sous-sol, permet d'évacuer l'eau au fur et à mesure et d'éviter qu'elle ne remonte dans les murs par capillarité. En revanche lorsque les infiltrations sont plus importantes, il n'est malheureusement pas conseillé de mettre en place un dispositif de pompage dans le sous-sol car la poussée de l'eau résultant d'une différence de niveau de l'eau entre l'extérieur du bâtiment et l'intérieur (donc de pression) peut suffire à faire s'effondrer un mur. Il est alors plutôt conseillé de faire effectuer des tranchées AUTOUR des bâtiments inondés et de pomper dans ces tranchées : l'abaissement du niveau de l'eau sera sans doute moins rapide mais ne mettra pas en danger la stabilité des bâtiments. Il n'est évidemment pas possible d'effectuer ce genre de travaux de façon préventive, et ils ne sont pas à la portée de simples particuliers. Dans les zones sensibles il serait souhaitable de préconiser pour certains types de construction, des sous-sols non étanches pour éviter le soulèvement des édifices sous la poussée de l'eau.

• Fissuration d'immeubles

Ce type de désordre a été remarqué en région parisienne, en particulier dans les immeubles qui comportent plusieurs niveaux de sous-sols ou de garages. Il faut noter qu'en région parisienne, nombre de sous-sols se trouvent inondés par un retour de la nappe à son niveau initial. En effet, en raison de la diminution d'une partie important de l'activité industrielle à Paris -consommatrice d'eau- la nappe retrouve progressivement son niveau d'antan.

• Remontées de cuves enterrées ou semi-enterrées et de piscines voire des canalisations

Sous la poussée de l'eau, des cuves étanches, ou des canalisations enterrées qui contiennent ordinairement une partie importante de vides, peuvent être soulevées par la pression d'Archimède. C'est en particulier le cas de cuves contenant des fluides moins denses que l'eau (produits pétroliers de stations-essence ou de dépôts pétroliers), ou même de cuves à usage agricoles ou de piscines partiellement ou totalement vidées. (Pour les piscines la meilleure mesure sera de les maintenir totalement remplies).

• Dommages aux réseaux routier et de chemins de fer

Par phénomène de sous-pression consécutive à l'envahissement de l'eau dans le sol, les couches de granulats utilisées dans la fabrication des routes et le ballast des voies ferrées se trouvent désorganisées. Des tassements différentiels mènent à des désordres importants.

• Désordres aux ouvrages de génie civil après l'inondation

Après que l'inondation ait cessé, il peut se produire des contraintes mécaniques dans le sol en relation avec les processus de ressuiement, qui déstabilisent un ouvrage. C'est le cas des argiles qui en séchant et en se rétractant provoquent des défauts de verticalité de piliers en béton enfoncés dans le sol (cas de serres illustré près de Reims).

• Pollutions

Les désordres dus aux pollutions causées par des inondations sont communs à tous les types d'inondation. On sitera la dispersion des déchets de décharge publique, le transport et la dispersion de produits dangereux soit dissous, soit entraîné par l'eau (produits pétroliers, peintures, vernis et solvants, produits phytosanitaires et engrais, produits de piscine (chlore en particulier), de déchets d'origine animale ou humaine (lisiers, fosses septiques).

• Effondrement de marnières, effondrement de souterrains ou d'anciens abris datant des dernières guerres

Ces effets sont dus à une modification de l'équilibre des parois sous l'effet de l'eau, et en particulier probablement davantage à la décrue de l'inondation.

Coûts induits

Mis à part les coûts de nettoyage, de remise en état ou de reconstruction du bâti et des biens, au départ supportés par les assurances à certaines conditions (déclaration de catastrophe naturelle par les préfectures en particulier) et à terme par la collectivité, ces inondations ont induit des coûts parfois importants ayant trait :

• aux itinéraires routiers de déviation, pour le contournement des zones sinistrées, nécessitant une importante signalisation supplémentaire (cas du contournement de Caen) ;
• aux opérations de pompage et de nettoyage sur la voie publique, les ouvrages normaux d'évacuation des eaux se révélant insuffisants et inappropriés.

Lorsque les conditions sont réunies pour que le phénomène se produise, celui-ci ne peut être évité. En revanche certaines précautions doivent être prises pour éviter les dégâts les plus importants :

• éviter la construction d’habitation dans les vallées sèches, ainsi que dans les dépressions des plateaux calcaires ;
• déconseiller la réalisation de sous-sol dans les secteurs sensibles, ou réglementer leur conception (préconiser que le sous-sol soit non étanche, que le circuit électrique soit muni de coupe-circuit sur l'ensemble des phases d'alimentation, y réglementer l'installation des chaudières et des cuves de combustible, y réglementer le stockage des produits chimiques, des phytosanitaires et des produits potentiellement polluants ...) ;
• ne pas prévoir d'aménagements de type collectifs (routes, voies ferrées, trams, édifices publics, etc...) dans ces secteurs ;
• mettre en place un système de prévision du phénomène. Dans les zones sensibles à de tels phénomènes, un tel système doit être basé sur l'observation méthodique des niveaux de l'eau des nappes superficielles.

Méthodologie

La réalisation de la carte nationale de sensibilité aux remontée de nappe a reposé sur l’exploitation de données piézométriques et de leurs conditions aux limites d’origines diverses (BSS, ADES, déclarations CATNAT, résultats de modèles hydrodynamiques, isopièzes, Enveloppe Approchée d’Inondation Potentielle cours d’eau/submersion marine (EAIPce, EAIPsm), etc.) qui, après avoir été validées ont permis par interpolation de définir les isopièzes des cotes maximales probables, elles-mêmes permettant par soustraction aux cotes du Modèle Numérique de Terrain (RGE ALTI®) d’obtenir les valeurs de débordement potentielles.

Les valeurs de débordement potentiel de la cartographie des zones sensibles aux remontées de nappe ont été obtenues, par maille de 250 m, par différence entre les cotes du Modèle Numérique de Terrain (RGE ALTI®) moyen agrégé par maille de 250 m et les cotes obtenues, suivant une grille de 250 m par interpolation des points de niveau maximal probable.

Cotes altimétriques du MNT – Cotes Points niveau maximal = Zones potentielles de débordement

Au regard des incertitudes liées aux cotes altimétriques, il a été décidé de proposer une représentation en trois classes qui sont :

• « zones potentiellement sujettes aux débordements de nappe » : lorsque la différence entre la cote altimétrique du MNT et la cote du niveau maximal interpolée est négative ;
• « zones potentiellement sujettes aux inondations de cave » : lorsque la différence entre la cote altimétrique du MNT et la cote du niveau maximal interpolée est comprise entre 0 et 5 m ;
• « pas de débordement de nappe ni d’inondation de cave » : lorsque la différence entre la cote altimétrique du MNT et la cote du niveau maximal interpolée est supérieure à 5 m.

Ce genre d’analyse, par interpolation de données souvent très imprécises et provenant parfois de points éloignés les uns des autres, apporte des indications sur des tendances mais ne peut être utilisée localement à des fins de réglementation. Pour ce faire, des études ponctuelles détaillées doivent être menées.

Résultats obtenus

La réalisation de la carte des zones sensibles aux inondations par remontée de nappe reste un exercice délicat qui « in fine » comporte de fortes incertitudes dues :

• une accumulation d’informations manquantes, incomplètes ou imprécises ;
• l’ordre de grandeur des valeurs recherchées ;
• la complexité des milieux mis en jeu.

Par suite de ces différentes remarques, il n’a pas été possible de réaliser une interpolation avec des mailles de dimension inférieure à 250 m. En outre, la carte réalisée n’est pas valide pour les zones karstiques (manifestant un comportement particulier et relativement mal connu sur certains secteurs), les zones urbaines (dont les aménagements modifient les écoulements souterrains) et les secteurs après mine (subissant des modifications des écoulements souterrains dues aux pompages des eaux d’exhaure ou à l’arrêt des pompages).

Le rendu cartographique a donc été réalisé en considérant comme unité de base une maille carrée de 250 mètres. Cette carte n’est donc exploitable, au stade actuel, qu’à une échelle inférieure au 1/100 000^ème.

L’utilisateur doit garder en mémoire la liste des recommandations suivantes pour toute utilisation de la carte de sensibilité aux remontées de nappe :

• l’exploitation de la carte de sensibilité aux remontées de nappe n’est possible qu’à une échelle inférieure à 1/100 000. Autrement dit, pour des études locales, ayant besoin d’une résolution fine (échelle parcellaire ou au 1/25 000, au 1/50 000), cette carte nationale ne doit pas être utilisée.

En outre la carte doit être accompagnée pour sa lecture et son interprétation de différents masques à surimposer :

• ajout du masque sur les secteurs avec terrains affleurants imperméables (fourni avec la carte, source BRGM) :
  • dans ces secteurs, la présence d'une couche imperméable empêche le débordement en surface de nappes captives pouvant présenter des niveaux piézométriques maximaux supérieurs au terrain naturel. Cependant, il n'est pas complètement exclu que des problématiques liées aux remontées de nappe aient lieu dans ces secteurs : non continuité des couches imperméables BD LISA, aménagements souterrains sous la couche imperméable, débordement plus important au niveau des limites perméables/imperméables, etc. ;
• ajout des masques EAIPce et EAIPsm (fourni avec la carte, source DGPR) :
  • les contours et points intérieurs des EAIPce et sm ont été utilisés comme « points de forçage » pour l'interpolation du niveau maximal piézométrique probable → ces zones correspondent donc à des secteurs dans lesquels il peut y avoir concomitance de 2 phénomènes cumulatifs : débordement de cours d'eau + remontée de nappe ou submersion marine + remontée de nappe ;
• ajout d’un masque sur les zones karstiques :
  • les aquifères karstiques présentent une forte hétérogénéité des écoulements et l'approche globale mise en œuvre ici ne peut pas avoir de réalité physique dans ces contextes spécifiques ;
• ajout d’un masque sur les zones urbaines :
  • dans les zones urbaines, les écoulements souterrains sont perturbés par les différents aménagements souterrains. Ces perturbations piézométriques ne sont pas prises en compte dans l'approche globale mise en œuvre ;
• ajout d’un masque sur le bassin houiller lorrain (source DREAL Grand Est) :
  • Comme pour les zones urbaines, les modifications des écoulements souterrains dans ce secteur résultant de l'arrêt des exhaures minières, de la baisse des volumes d'eau prélevés par les industriels et pour l'alimentation en eau potable, ne sont pas prises en compte dans cette approche globale.

Pour accéder à la donnée, se référer aux liens ci-dessous :

• site BDLISA ;
• article sur la couche des karsts ;
• site de mise à disposition de CLC.

Indice de fiabilité

Une estimation de la fiabilité des résultats a été réalisée en s’appuyant sur différents critères : fiabilité du Modèle Numérique de Terrain et fiabilité des données eaux souterraines. Cette dernière est basée sur la fiabilité de la donnée source utilisée et la distance à la donnée source la plus proche.

Les deux indices de fiabilité décrits dans les chapitres précédents ont été croisés pour aboutir à un indice de fiabilité global. Les modalités d’attribution des classes de fiabilité globale sont décrites dans le tableau ci-dessous.

Modalité d’attribution des classes de fiabilité globale pour la méthodologie proposée

Il s’en est suivi la qualification de la fiabilité globale de la cartographie suivante : « forte », « moyenne », « faible » ou « inconnue » ; indexée à chaque point de la grille au pas de 250 m.

La représentation cartographique de cet indice de fiabilité global, mêlant fiabilité des données sources utilisées pour l’interpolation et fiabilité des cotes altimétriques du MNT du RGE ALTI®, est présentée ci-dessous.

Carte de fiabilité globale pour la méthode employée