Perméabilité de la nappe du Dogger
La nappe du Dogger a été très étudiée ces dernières années par le BRGM afin de développer la géothermie. De nombreuses réalisations ont donc vu le jour en particulier dans le bassin parisien. Dans ce cas particulier, il s'agit de capter l'eau chaude de la nappe par un premier forage, de la refroidir en extrayant sa chaleur, et de la réinjecter dans un second forage distant afin que la pression locale soit maintenue pour éviter des affaissements de sol et qu'elle se réchauffe progressivement.
Pour effectuer cette opération il est indispensable que l'eau circule dans ce milieu qui doit donc être poreux et assurer une perméabilité minimale. C'est l'objet des nombreuses mesures et analyses effectuées par le BRGM à la demande des opérateurs de géothermie. Nous rapportons ici quelques observations parmi beaucoup d'autres.
La référence [3] (page 39,étude sédimentologique) mentionne "Ces niveaux producteurs présentent une gamme de perméabilité très variable, de 0,2 à 21 Darcy. Aux perméabilités matricielles de ces niveaux observés à l'échelle microscopique, peuvent s'ajouter des perméabilités secondaires dues à la fracturation et à la dissolution observée à l'échelle macroscopique sur les carottes".
La référence [3] (page 180, modélisation du réservoir) indique "Les 110 forages géothermiques du bassin parisien représentent une source d'information très précieuse pour la connaissance et la caractérisation du réservoir du Dogger.(...) Il ressort de cette approche géostatistique que le réservoir est caractérisé par deux types de paramètres : d'une part les paramètres définissant la géométrie, ainsi que ceux associés au fluide de gisement, et d'autre part les paramètres représentatifs de la matrice poreuse. (...) La présence d'un écoulement régional faible, dont l'amplitude peut être localement amplifiée par les variations de topographie ou de densité, constitue une explication possible à un certain nombre d'anomalies."
La référence [3] (page 198, conclusions générales) résume : "Le cas particulier des anomalies respectivement chaudes et froides, au sud et au nord de Paris, a mis en évidence l'insuffisance des connaissances attachées aux écoulements, compte tenu de l'importance des effets induits.".
La référence [1] (résumé introductif) développe : "Le toit du Dogger à Soissons est situé à une profondeur d'environ 1 365 m par rapport au sol et les caractéristiques moyennes de ce réservoir devraient être les suivantes : eau de gisement à 60-63°C ; épaisseur totale 285 mètres ; (...) ; porosité moyenne utile 13% ; transmissivité environ 8 000 millidarcies mètres ; (...) ; l'hydrodynamisme naturel s'effectue dans la direction Nord-Est".
La référence [1] (page 15) précise l'hydrodynamisme naturel et évalue la vitesse d'écoulement dans le Dogger à 4,5 mètres par an.
La référence [2] (résumé introductif) indique :"Le toit du Dogger à Creil est situé à une profondeur d'environ 1 525 m par rapport au sol et les caractéristiques moyennes de ce réservoir devraient être les suivantes : eau de gisement à 65°C +/-2°C ; épaisseur totale 230 mètres ; (...) ; porosité moyenne utile 15% ; transmissivité environ 20 000 millidarcies mètres ; (...) ; l'hydrodynamisme naturel s'effectue dans la direction Ouest à Sud".
Les autres études portent sur les autres usages de la nappe du Dogger : eau potable ou irrigation.
La référence [4] (Page 8) : "captage important sur le puits de Rocquancourt qui recueille une partie des eaux d’exhaure de la mine de May pour l’alimentation du syndicat de Rocquancourt groupant les communes de Rocquancourt, Garcelles-Secqueville, Fontenay le Marmion, Saint-Martin de Fontenay , May sur Orne, et St André sur Orne, ainsi que la ville de Caen en partie".
La référence [4] (Page 9) : "Ces vallées, ainsi que les vallées sèches en amont de Chicheboville et à Fontenay le Marmion, forment des axes de drainage. La nappe alimente donc les cours d’eau superficiels. - Explication proposée : infiltration verticale de la nappe du Jurassique dans le socle ancien. Il est bien évident que le creusement des galeries a favorisé le phénomène car il est étonnant que le socle puisse fournir des débits de 300 à 600m3/h, même avec des surfaces drainantes importantes".
La référence [4] (Page 12) : "Le réservoir est constitué des calcaires du Dogger et les calcaires, calcaires marneux et argiles du Lias. (…) L’extension du réservoir est importante, il va jusqu’à la mer du Nord où il est très exploité (Caen), vers l’Est où il affleure jusque dans la région de Troarn et Mézidon, il s’étend à l’Est jusqu’à Bayeux et au Sud jusqu’à Falaise".
La référence [5] : "Les niveaux calcaires du jurassique moyen = DOGGER. Les couches calcaires réservoirs sont datées du Bajocien et Bathonien et sont surmontées par une large couche imperméable (Callovien). Le DOGGER est un aquifère profond et captif (ex la zone ” infra ” de la Boutonne) mais il apparait superficiel et/ou libre par les mêmes phénomènes sur tout le territoire du Mellois en particulier, ainsi qu’entre la Dive du nord et le Thouet. Il constitue la principale ressource en eau souterraine de la région. Sa productivité est très variable et dépend de l’importance de sa fracturation. La caractéristique karstique (fracturé) de cet aquifère implique une grande vulnérabilité vis-à-vis des pollutions superficielles. Cette nappe est classée comme NIE (nappe intensément exploitée)".
Ces quelques références d'études du BRGM démontrent la porosité et la circulation de l'eau à faible vitesse dans la nappe du Dogger d'une part, et la très forte hétérogénéité de sa structure au point de reconnaître "l'insuffisance des connaissances attachées aux écoulements" d'autre part.
Manifestement cette nappe du Dogger est inadaptée à un géostockage de CO2, car le CO2 finira par ressortir là où la nappe affleure (Normandie, Charentes, Vendée,...). Ce serait plutôt une géopassoire à CO2 faisant fonction de tonneau des Danaïdes.
Nous avons aussi interrogé l'Intelligence Artificielle, question posée à ChatGPT : "écoulement de l'eau dans la nappe du Dogger ?" Voici sa réponse [6]:
La nappe du Dogger est une importante réserve d'eau souterraine située à une profondeur d'environ 2 000 à 3 000 mètres dans le sous-sol de l'Europe occidentale, notamment en France, en Allemagne, en Belgique et au Royaume-Uni. Elle tire son nom de la formation géologique du Dogger, qui est composée principalement de calcaire et de grès. L'écoulement de l'eau dans la nappe du Dogger est principalement influencé par deux facteurs : la recharge et la décharge.
1.Recharge : La recharge de la nappe du Dogger se produit principalement par infiltration d'eau de pluie à travers les formations géologiques sus-jacentes. L'eau s'infiltre à travers les couches perméables, telles que les sables et les grès, et atteint finalement la nappe du Dogger. Les caractéristiques géologiques locales, le climat et la topographie jouent un rôle important dans la quantité d'eau qui se recharge dans la nappe.
2.Décharge : La décharge de la nappe du Dogger se produit lorsque l'eau est extraite par des puits ou naturellement émise dans les cours d'eau, les sources et les zones humides. Les puits d'eau potable et les activités industrielles peuvent être des sources de décharge significatives.
L'écoulement de l'eau dans la nappe du Dogger peut varier en fonction de la géologie locale, des conditions hydrologiques et des activités humaines. Les études hydrogéologiques sont menées pour évaluer les caractéristiques spécifiques de la nappe du Dogger dans une région donnée, y compris la direction et la vitesse de l'écoulement de l'eau, ainsi que la qualité de l'eau.
Il est important de noter que la gestion de la nappe du Dogger doit être réalisée de manière durable pour préserver cette ressource en eau souterraine essentielle. Des réglementations strictes et des pratiques de gestion appropriées sont nécessaires pour maintenir l'équilibre entre l'utilisation de l'eau souterraine et la préservation de l'environnement aquatique et des écosystèmes qui en dépendent.
Même question posée à Deepseek : "écoulement de l'eau dans la nappe du Dogger ?" Voici sa réponse [7]:
La circulation de l'eau dans la nappe du Dogger est influencée par des facteurs géologiques, hydrodynamiques et anthropiques. Voici une synthèse des mécanismes clés, basée sur les informations des sources fournies :
1. Structure géologique et perméabilité
Le Dogger, formation calcaire du Jurassique moyen, présente une perméabilité principalement liée à sa fissuration et à sa karstification. Ces caractéristiques permettent des écoulements rapides, avec des vitesses variant de 150 à 500 m/h dans les zones karstiques, comme en Lorraine ou dans le karst de la Touvre en Poitou-Charentes. Les calcaires fissurés favorisent une circulation verticale et horizontale, tandis que les conduits karstiques forment des réseaux souterrains complexes, connectant parfois des bassins versants distincts en surface.
2. Recharge et interactions avec les cours d’eau
La nappe est alimentée par les infiltrations des précipitations et les pertes de rivières en période estivale, comme dans le cas du karst de la Touvre, où 70 % du débit provient des pertes fluviales. En zone d’affleurement, la nappe est fortement drainée par les cours d’eau, tandis qu’en zone captive (sous couverture marneuse), elle est protégée mais peut être en contact avec des réservoirs miniers ou des aquifères profonds.
3. Impact des activités humaines
• Exploitation géothermique : En Île-de-France, l’eau est extraite à des profondeurs de 1 500–2 000 m, puis réinjectée après utilisation, créant des « bulles froides » autour des puits de réinjection (température passant de 80 °C à 40 °C). Ce phénomène modifie localement les flux thermiques et hydrodynamiques.
• Mines de fer lorraines : L’exploitation minière historique a fracturé le Dogger, connectant la nappe aux galeries souterraines. Après l’arrêt des pompages d’exhaure en 1997, l’ennoyage des mines a entraîné une remontée partielle du niveau de la nappe, mais aussi une contamination par des eaux minéralisées issues des réservoirs miniers.
• Pompages agricoles et urbains : En Vendée, les prélèvements estivaux abaissent significativement le niveau piézométrique, comme à Luçon où le niveau descend sous -2 m NGF, contre un étiage naturel à 1,1 m.
4. Dynamique des écoulements et variations spatiales
• En Lorraine : La circulation est marquée par un drainage vertical vers les anciennes mines, avec une perméabilité élevée dans les vallées (transmissivité de 1 à 3,5.10⁻³ m²/s) et faible sous les plateaux (1 à 7.10⁻⁵ m²/s).
• En Poitou-Charentes : Les écoulements karstiques dominent, avec des exutoires majeurs comme la Touvre (2ᵉ résurgence de France), où l’eau circule à plus de 100 m/h.
• En Île-de-France : La nappe captive sous les marnes calloviennes est exploitée pour la géothermie, avec des systèmes de doublets/triplets pour éviter l’épuisement.
5. Qualité de l’eau et vulnérabilité
La karstification rend la nappe très vulnérable aux pollutions, avec des contaminations bactériennes fréquentes. Sous couverture, les eaux deviennent sulfatées ou chlorurées (jusqu’à 900 mg/l de sulfates en Lorraine post-ennoyage). En revanche, en nappe libre, la minéralisation reste modérée (bicarbonatée-calcique), mais sensible aux nitrates et aux variations saisonnières.
Conclusion
La circulation dans le Dogger combine des processus naturels (karst, fissuration) et des perturbations anthropiques (géothermie, mines, pompages). Ces interactions complexifient la gestion de la ressource, nécessitant une surveillance accrue, comme le système SYBASE en Île-de-France, ou les réseaux piézométriques en Lorraine et Vendée. Les défis incluent la lutte contre la corrosion, la gestion des "bulles froides" et la préservation de la qualité de l’eau face aux contaminations historiques et actuelles.
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