L’eau minérale naturelle est une eau d’origine souterraine tenue à l’abri de toutes les pollutions par la protection du gisement, bactériologiquement saine et de composition caractéristique et constante. C’est un produit de la nature qui doit être respecté et livré au public tel qu’il se présente à l’émergence. Les seuls traitements admis sont la sédimentation des matières en suspension, la séparation des composés instables (fer, manganèse), et une éventuelle adjonction ou élimination de gaz carbonique. Ceci est le statut commun européen de l’eau minérale naturelle ; mais chaque eau doit en outre être reconnue minérale dans son pays d’origine. En France, le décret de 1989, au-delà de ces critères communs, impose que l’eau minérale présente un ensemble de caractéristiques de nature à lui apporter ses propriétés favorables à la santé. En conséquence, son exploitation ne peut être autorisée comme telle qu’après avoir fait l’objet d’une reconnaissance légale concrétisée par un arrêté du Ministre chargé de la Santé.

Il convient de ne pas confondre eau minérale naturelle et eau de source. Les deux sont embouteillées en vue de leur consommation. L’eau de source ne fait pas l’objet d’une reconnaissance ministérielle et ne peut se prévaloir de propriétés favorables à la santé ; elle doit répondre aux normes de potabilité mais la stabilité de ses caractéristiques physicochimiques n’est pas une contrainte.

Toutes les eaux minérales françaises sont d’origine atmosphérique. On le sait mieux aujourd’hui grâce aux mesures fines des compositions en isotopes stables de l’oxygène et de l’hydrogène, constituants naturels de la molécule d’eau et marqueurs conservatifs par excellence. En effet, les eaux minérales à l’émergence présentent des rapports isotopiques (oxygène 18 rare sur oxygène 16 banal ; deutérium sur hydrogène) toujours assez proches à la fois de la composition des eaux de pluie et de celles des sources de leur environnement. Le fait que leur composition suive la variabilité régionale des pluies est un argument déterminant. Par ailleurs, si les eaux minérales étaient juvéniles, c’est à dire en provenance d’un magma qui se refroidit, elles présenteraient des teneurs en oxygène 18 très éloignées de celles observées, beaucoup plus fortes et sans doute homogènes.
L’eau de pluie s’infiltre dans des zones hautes, sur des terrains perméables comme des sables ou des grès dans lesquels elle circule gravitairement jusqu’à une couche imperméable d’argile ou bien elle pénètre via les fractures et les fissures des roches cohérentes comme le granite ou le calcaire et s’enfonce ainsi à l’intérieur du massif jusqu’à la rencontre de la roche non fissurée. C’est la partie descendante de son circuit au bout de laquelle l’eau infiltrée atteint des profondeurs qui peuvent être très grandes (jusqu’à plusieurs kilomètres) et acquiert pas à pas sa minéralisation. La passage de l’eau de pluie dans le sol est déterminant puisqu’il commande la quantité de CO2 dissous en équilibre avec l’atmosphère du sol et fixe ainsi son potentiel d’altération pour la suite du cycle.
L’eau minérale poursuit son cheminement souterrain selon la plus grande pente du substratum imperméable jusqu’au moment où elle trouve un exutoire quand par exemple l’entaille d’une profonde vallée ou des structures plissées amènent le substratum à l’affleurement. Souvent au cours de sa progression, l’eau minérale se trouve captive sous une couverture de terrains imperméables qui l’isole et la protège de la surface et la maintient ainsi sous une pression équivalente à l’altitude d’infiltration affectée des pertes de charge dues à l’écoulement. Ainsi, quand un forage perce la couverture imperméable, l’eau s’élève jusqu’à jaillir en surface si la topographie s’y prête. C’est le phénomène d’artésianisme appelé ainsi parce qu’il a été mis pour la première fois en évidence dans l’Artois. Suivant ce principe, de grandes failles qui recoupent l’aquifère peuvent constituer des courts-circuits par lesquels l’eau minérale remonte rapidement en surface en gardant parfois une température élevée acquise en profondeur. C’est le cas des eaux minérales souvent riches en CO2 qui émergent à la faveur du réseau de failles qui délimitent les grands fossés d’effondrement du Massif Central en France (plaine du Forez : Saint-Galmier, Badoit ; Limagne d'Allier : Arvie…).
Le circuit de l’eau minérale, où l’eau est toujours en mouvement et donc se renouvelle, doit être considéré comme une séquence du cycle de l’eau caractérisée par une fonction de transfert. Les temps de séjour de l’eau, depuis l’infiltration des pluies sur le bassin d’alimentation jusqu’à l’exutoire de l’eau minérale, varient de quelques dizaines d’années à plus de vingt mille ans ! Ces «âges» impliquent des vitesses de filtration très lentes de l’ordre de quelques centimètres par heure à moins d’un mètre par an. C’est une singularité de l’eau minérale qui la distingue d’eaux banales de son environnement et lui confère sa grande constance de minéralisation.

La minéralisation de l’eau est acquise au contact des roches traversées dans les conditions physico-chimiques et de temps que le circuit souterrain lui impose. La géologie des roches traversées joue un rôle essentiel. Suivant leur nature (lithologie), la mise en solution des minéraux relève de trois grands mécanismes.

Il est un cas où le pouvoir de dissolution de l’eau se trouve multiplié quand des venues profondes de gaz carbonique viennent rejoindre le circuit minéral. Le CO2 en provenance du magma remonte par les grands accidents du socle cristallin qui servent aussi de drain à l’eau minérale dans son parcours terminal. Le caractère juvénile de ce CO2 est démontré par son contenu isotopique en carbone 13. L’hydrolyse des minéraux du réservoir est alors relancée par l’abondance exceptionnelle de gaz carbonique et se traduit par une augmentation des teneurs en HCO3-, au-delà du seuil de 600 mg.l-1 qui définit l’eau minérale bicarbonatée. Les hydrogénocarbonates sont accompagnés de silice, de sodium et à un degré moindre de magnésium et de calcium car les circulations se font généralement dans le socle cristallin. Au cas plus rare où les accidents se prolongent dans les terrains sédimentaires sus-jacents, le calcium et le magnésium sont privilégiés. La décompression lors de la remontée dans les couches superficielles et l’arrivée en surface de cette eau sursaturée entraînent par dégazage une perte de CO2 d’où une précipitation abondante et parfois spectaculaire de carbonate de calcium. Le refroidissement entraîne aussi la précipitation de silice beaucoup plus soluble à haute température. Il s’ensuit un colmatage des drains ascendants de l’eau minérale que seule l’activité sismique est à même de garder ouverts. On remarquera que la quasi totalité des sources minérales françaises se situe au Sud-Est d’une ligne Bordeaux-Sedan, dans les régions affectées par les orogénèses pyrénéenne et alpine et donc par une tectonique récente, voire actuelle.

Chacune des eaux minérales est originale et porte l’empreinte et l’histoire de son parcours souterrain. C’est ainsi que la lecture attentive d’une étiquette portant la composition en éléments majeurs d’une eau embouteillée permet à un hydrochimiste aguéri d’avancer une (dans les cas les plus faciles) ou quelques hypothèses sur la nature minéralogique des terrains rencontrés et sur les conditions physico-chimiques du circuit minéral. Ces reconstitutions doivent évidemment être validées par la confrontation aux réalités du terrain, aux évidences géologiques et hydrogéologiques. Cet exercice à été fait avec les six eaux minérales du groupe Danone dont la composition est présentée dans le tableau qui suit (teneurs exprimées en mg.l-1).

Les teneurs en bicarbonates (HCO3-) soulignent, s’il le fallait, la différence entre les eaux minérales plates dont les concentrations ne peuvent guère dépasser 400 mg.l-1 avec leur capital de CO2 acquis dans les sols et les eaux minérales gazeuses dont les concentrations très élevées en bicarbonates résultent d’un équilibre en profondeur avec des venues de CO2 magmatique. Dans le groupe des eaux minérales gazeuses, les concentrations croissent avec l’importance des flux de CO2, la profondeur du circuit et le temps de séjour de l’eau minérale (Arvie) et diminuent avec l’importance des mélanges avec des eaux plates dans la partie terminale du circuit (Badoit, Salvetat). Dans le groupe des eaux plates, l’eau de Volvic se distingue par sa faible concentration en bicarbonates qui caractérise des circulations dans des terrains volcaniques et granitiques pour lesquels la cinétique de mise en solution des silicates est très lente. Les concentrations en HCO3- d’Evian et de Talians sont celles de réservoirs sédimentaires à dominante calcaire.

Les teneurs en silice (SiO2) viennent aider à identifier le réservoir. Il est constitué de silicates pour les trois eaux minérales gazeuses et l’eau plate de Volvic riches en silice dissoute, de matériaux surtout carbonatés pour Evian et Talians avec des teneurs faibles de l’ordre de 10 mg.l-1. L’abondance de CO2 facilitant l’hydrolyse de silicates, ce sont les eaux gazeuses qui présentent les teneurs les plus élevées. On remarquera toutefois que l’eau de Badoit bien que circulant dans le granite n’a pas une teneur en silice à la hauteur de ce qu’on pouvait attendre de sa richesse en bicarbonates, peut-être parce que la silice a précipité au cours de la remontée, d’un dégazage ou d’un stockage à moyenne profondeur.

La teneur très élevée en sulfates de l’eau de Talians approche les valeurs de saturation au contact du gypse ce qui implique la rencontre de ce minéral au cours de son circuit souterrain. La géologie nous indique que cette eau minérale est captée dans les calcaires du Trias moyen à faciès évaporitique.

Le contenu en cations (Ca, Mg, Na) de l’eau apporte souvent des compléments d’information sur la nature du réservoir. Son interprétation nécessite d’aller plus avant dans la présentation des minéraux des roches et ne peut être détaillée dans le cadre de cet article. Cependant l’examen des trois eaux minérales gazeuses peut illustrer la démarche. On remarquera que ces trois eaux présentent des profils cationiques très différents, franchement sodique pour Arvie, assez équilibré entre Ca, Na et Mg pour Badoit et franchement calcique pour Salvetat. L’abondance du sodium dans Arvie est due à l’hydrolyse des feldspaths sodiques (plagioclases), minéraux abondants des gneiss constituant le socle cristallin du Cézallier. La majorité des sources carbogazeuses de socle présente cette tendance. Badoit constitue une particularité dans un tel environnement par sa richesse relative en calcium et magnésium. L’explication en est donnée par la géologie qui a identifié la présence de micas noirs riches en magnésium et de calcite hydrothermale en remplissage filonien des accidents que l’eau agressive emprunte pour arriver en surface. Enfin l’analyses de Salvetat pourrait être interprétée comme une eau carbogazeuse de terrain calcaire s’il n’y avait la forte concentration en silice et bien sûr les évidences de terrain qui montrent dans cette région de la Montagne Noire la présence de terrains métamorphiques. En fait ce sont des niveaux de gneiss carbonatés riches en silicates calciques et lits de marbres (sédiments calcaires transformés par une élévation de température et de pression) dont l’altération libère en solution le calcium et crée un matériau vacuolaire poreux capable d’emmagasiner et de véhiculer l’eau minérale.

La très grande diversité de la géologie de la France et le fonctionnement encore récent des orogenèses pyrénéenne et alpine créent la richesse de notre patrimoine en eaux minérales. La complexité lithologique et structurale des circuits de l’eau minérale, la complexité des réactions chimiques qui s’y produisent, font que chacune ou presque est originale à l’image d’un produit du terroir. Le grand nombre de sources et leur grande variété permettent ainsi un grand choix au consommateur selon son goût et sa santé.

Les temps de séjour très élevés des parcours souterrains qui permettent d’atteindre les équilibres chimiques avec l’épuisement du capital de dissolution, la profondeur du circuit et son confinement sous des couches imperméables garantissent la grande constance des conditions de mise en solution des roches. Il en résulte une garantie du contenu minéral de l’eau qui permet de l’utiliser pour la nutrition.

Il est important que ce produit du terroir soit proposé à la consommation sans altération de sa qualité originelle pour conserver ses propriétés favorables à la santé. Ce produit ne pouvant être traité, hormis l’élimination d’éléments indésirables comme le fer et le manganèse, il est indispensable qu’une politique de protection et de gestion du gisement en assure une intégrité durable.