Aperçu géologique du Luxembourg

4. L'homme et le sous-sol

Le développement de l'homme et de sa culture est lié d'une part au développement de l'agriculture et d'autre part à la disponibilité et l'exploitation des richesses naturelles, minières et aquifères du sous-sol.

Ainsi le substratum géologique a depuis toujours fortement influencé l'établissement des zones d'habitations ainsi que le développement de nombreuses activités humaines.

Les vestiges d'exploitations minières anciennes sont nombreux au Luxembourg. Citons les exploitations de minerai de fer des prés au Mierscherbierg, au Nord de Mersch et les captages d'eau des Raschpëtzer par la galerie souterraine à Walferdange. Des exploitations de pierre de taille existaient dès l'époque romaine dans les Calcaires de Rumelange et le Grès de Luxembourg. Des niveaux de grès conglomératiques ont été exploités comme meulières en carrière souterraine près de Schoenfels.

La figure 3 montre les relations importantes et complexes entre les différentes roches du sous-sol et l'exploitation des ressources naturelles et des activités humaines.

Le profil lithologique schématique montre une coupe dans les roches affleurant au pays. Tracé à une échelle proportionnelle mais approximative, il visualise de par sa disposition en dents de scie l'alternance de roches dures (grès, calcaires, dolomies, ...) et de roches tendres (marnes,...), décrites au paragraphe 1. Les roches dures y figurent en saillie alors que les roches tendres sont représentées en retrait. L'échelle stratigraphique, les sigles et les appellations courantes permettent de se référer aux cartes géologiques publiées et de porter en plan les relations visualisées en coupe sur la figure 3.

Les exploitations de ressources naturelles en eau des aquifères et de matières premières, pierres et minerai figurent dans les colonnes voisines. Les mêmes roches dures et fissurées sont perméables; elles contiennent souvent des réserves en eau et présentent en même temps les caractéristiques propres aux pierres de construction.

La colonne des risques regroupe à la fois les catastrophes liées à la disposition géologique du sous-sol (glissement de terrain, éboulement de falaise} et les accidents ou dégradations liés à l'activité minière.

Les frais liés à l'assainissement des dégâts dus aux catastrophes naturelles sont très importants et augmentent avec l'aménagement et l'établissement d'activités dans des zones à risque naturel élevé.

4.1. Exploitation des eaux souterraines

La structure géologique du Gutland avec son alternance d'épaisses couches dures, perméables à l'eau et de couches marneuses et argileuses peu perméables à l'eau explique sa richesse en eaux souterraines.

Les différents aquifères exploitables sont repris au tableau 2.

Tableau 2: Relations entre sous-sol et exploitations des ressources naturelles et activités humaines. Profil des roches présentes au Luxembourg., © SGL 2009
Tableau 2: Relations entre sous-sol et exploitations des ressources naturelles et activités humaines. Profil des roches présentes au Luxembourg.

L'épaisseur relative de l'aquifère sur le log lithologique permet d'en évaluer l'importance. Chaque couche dure et fissuré est perméable et peut contenir de l'eau.

L'importance d'un aquifère dépend de la nature et de l'épaisseur de l'unité lithologique qui le contient ainsi que de son extension en surface pour la quantité d'eau disponible. La qualité de l'eau de l'aquifère est influencée par le type de perméabilité de la roche qui le contient (soit par porosité, soit par fissuration). Elle dépend aussi et surtout de la nature et de l'épaisseur de la couverture meuble (manteau d'altération) qui le recouvre.

En effet, une couverture meuble sableuse ou limoneuse constitue un filtre de bonne qualité. La couverture meuble est seulement perméable par porosité; la vitesse d'infiltration est généralement diffuse et lente et le pouvoir filtrant est donc élevé. De nombreuses activités, telles que l'agriculture, ou l'aménagement du territoire, affectent et dégradent ce filtre qu'il est nécessaire de protéger.

Les roches cohérentes formant les aquifères sont perméables par porosité et par fissuration. Les vitesses du transfert vertical des eaux d'infiltration dans les fissures de la roche cohérente sont fonction de l'ouverture de ces fissures et de leur degré de remplissage. L'infiltration diffuse et lente se fait par les pores de la roche, l'infiltration concentrée ne se fait que par les fissures et la vitesse de transfert est rapide. Les fissures des roches dolomitiques calcareuses sont largement ouvertes suite aux phénomènes de dissolution des joints; elles sont généralement peu colmatées par des remplissages secondaires et l'incorporation de l'eau dans la nappe souterraine peut être immédiate. Les fissures du Grès de Luxembourg sont très nombreuses, mais souvent remplies de sable à grand pouvoir filtrant.

Les aquifères sont exploités soit en émergence naturelle comme source, soit par forage captage. Dans le cas des sources, le débit disponible est fonction de l'alimentation par infiltration; il est tamponné par la réserve de l'aquifère. Le débit à exutoire peut varier largement suivant les saisons et les années. Dans le cas de captage par forage profond, le débit disponible (alimentation moyenne annuelle) est puisé dans la réserve de l'aquifère. La quantité exploitable dépend alors également des propriétés de l'aquifère mais aussi de la réserve d'eau incluse dans les vides (pores et fissures) de l'aquifère. Une surexploitation (débit moyen supérieur à réalimentation) amène rapidement à une diminution de la réserve de l'aquifère. Une imperméabilisation de surface limite l'infiltration dans le sous-sol et amène également une réduction de la réserve d'eau souterraine disponible. La qualité de l'eau peut être également affectée étant donné que les possibilités de dilution sont réduites.

Les fluctuations naturelles de débit de source ainsi que les pompages dans une exploitation induisent des variations du niveau de la nappe d'eau souterraine et donc de la quantité d'eau disponible et stockée dans la zone saturée de l'aquifère. Ces variations n'influencent pas la végétation de surface; elles ne modifient pas non plus les propriétés géomécaniques des roches cohérentes et perméables. Dans les roches meubles par contre, elles peuvent entraîner des variations importantes de ces propriétés. Des tassements de sol peuvent en résulter dans la zone de rabattement autour d'un captage. Ces problèmes ne se présentent cependant pas au Luxembourg où l'exploitation des alluvions, seul aquifère dans les roches meubles, est très réduite.