Les Yvelines sont drainées par la Seine qui traverse le nord du département sur environ cent kilomètres entre Carrières-sur-Seine et Limetz-Villez. Son cours à très faible pente est marqué par de profonds méandres qui élargissent considérablement la vallée, notamment la boucle de Saint-Germain-en-Laye qui enserre la forêt du même nom et celle de Moisson à l’ouest entre Mantes-la-Jolie et Bonnières-sur-Seine. Dans son parcours yvelinois, le cours du fleuve, navigable, est régulé par plusieurs barrages, situés à Chatou, Bougival, Andrésy et Méricourt. Il reçoit à Conflans-Sainte-Honorine, son principal affluent, l’Oise, rivière également navigable, qui parcourt seulement 2,5 kilomètres dans le département.
De nombreuses rivières secondaires, dont beaucoup prennent leur source dans le massif de Rambouillet, véritable « château d’eau » des Yvelines, irriguent le département dans toutes les directions avant de rejoindre la rive gauche de la Seine, directement ou non.
Il s’agit principalement de la Bièvre, de l’Orge, de l’Yvette et de la Rémarde (affluents de l’Orge), qui s’écoulent vers l’est, de la Mauldre et de la Vaucouleurs, les seules dont le cours est entièrement situé dans le territoire yvelinois et qui s’écoulent vers le nord, et de la Drouette et de la Vesgre (affluents de l’Eure), qui s’écoulent vers l’ouest.
Au nord de la Seine (rive droite), les seuls affluents notables sont la Montcient et l’Aubette de Meulan, qui se rejoignent à Hardricourt, et l’Epte qui marque la limite avec le département de l’Eure.
Il existe relativement peu d’étendues d’eaux dormantes, les principales sont l’étang de Saint-Quentin (250 hectares) et les étangs de Hollande, dans le secteur de Rambouillet, aménagés au xviie siècle pour contribuer à l’alimentation en eau du parc de Versailles.
Le long de la Seine, il existe de nombreux plans d’eau issus de l’exploitation d’anciennes sablières. Certains ont été aménagés pour la création de bases de loisirs ou de ports de plaisance, notamment à Moisson, d’autres classées pour la protection de la faune aquatique, comme le domaine de Flicourt à Sandrancourt géré par l’agence des espaces verts d’Île-de-France.
La présence de ces cours d’eau expose les populations riveraines, notamment de la Seine et de l’Oise, au risque d’inondation. Deux plans de prévention des risques d’inondation (PPRI) ont été mis en place pour limiter les conséquences des crues. D’une part, le PPRI de la Seine et de l’Oise approuvé en juin 2007, qui concerne 57 communes, et d’autre part, le PPRI de la Mauldre et du Lieutel approuvé en septembre 2006, qui concerne 12 communes (trois d’entre elles, Épône, La Falaise et Nézel, étant concernées dans les deux cas). Un troisième, le PPRI du ru de Gally, était en cours d’élaboration en 2008.
Plusieurs nappes d’eau souterraine sont présentes dans le département, dont certaines présentent une grande importance pour l’approvisionnement en eau potable. La nappe alluviale de la Seine d’une épaisseur de 5 à 10 mètres se situe dans les terrasses alluviales du fleuve. C’est une nappe libre, en connexion hydraulique avec la nappe de la craie (Crétacé supérieur), aquifère sous-jacent. Ces deux nappes sont exploitées par les deux usines de la Lyonnaise des eaux situées à Croissy-sur-Seine et Flins-sur-Seine qui produisent respectivement 45 et 32 millions de mètres cubes par an. Pour assurer le débit de ces usines, les nappes sont réalimentées par l’injection après traitement d’eau pompée dans la Seine (respectivement 25 et 8 millions de m³).
La nappe de l’Albien, présente sous toute l’Île-de-France et les départements avoisinants, est une nappe captive, profonde, des sables du Crétacé inférieur. Plusieurs forages situés dans le nord-est des Yvelines prélèvent 8 millions de mètres cubes par an (soit 36,4 % des prélèvements totaux sur l’ensemble du bassin).
La nappe de Beauce est surtout exploitée dans le sud du département, principalement pour l’irrigation.
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