Etudes préalables sur site. Une méthodologie pour décrire un site et choisir les points d'échantillonnage et/ou de mesure de capacité d'infiltration

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Etudes préalables sur site. Une méthodologie pour

décrire un site et choisir les points d’échantillonnage

et/ou de mesure de capacité d’infiltration

N. Forquet, S. Bisone, R. Clement

To cite this version:

N. Forquet, S. Bisone, R. Clement. Etudes préalables sur site. Une méthodologie pour décrire un site et choisir les points d’échantillonnage et/ou de mesure de capacité d’infiltration. [Rapport de recherche] irstea. 2017, pp.34. �hal-02606814�

Programme 2016-2018 – Thème « Eau, Biodiversité et Aménagements urbains» - Action n° 51 Les Zones de Rejet Végétalisées

Etudes préalables sur site

Une méthodologie pour décrire un

site et choisir les points

d’échantillonnage et/ou de mesure

de capacité d’infiltration

Rapport final

Nicolas FORQUET (Irstea), Sara BISONE

(Irstea), Rémi CLEMENT (Irstea)

Mois Année

[Si plan national ou cadre d’action particulier] Document élaboré dans le cadre de : [Logo et/ou texte]

A

Nicolas FORQUET, IAE (Irstea), nicolas.forquet@irstea.fr Sara BISONE, post-doctorante (Irstea), sara.bisone@irstea.fr Rémi CLEMENT, IR (Irstea), remi.clement@irstea.fr

C

Onema : Esterelle VILLEMAGNE, chargée de mission Innovation (AFB),

esterelle.villemagne@afbiodiversite.fr

Irstea : Catherine BOUTIN, IDAE (Irstea), catherine.boutin@irstea.fr

A

Catherine BOUTIN, IDAE (Irstea, catherine.boutin@irstea.fr Claire BERTRAND, AI (Irstea), claire.bertrand@irstea.fr Matthieu DOREL, AI (Irstea), matthieu.dorel@irstea.fr

Raphael ANGULO-JARAMILLO, DR (CNRS), rafael.angulojaramillo@entpe.fr Eric MICHEL, CR (INRA), eric.michel@avignon.inra.fr

Pierre BREUL, Professeur (UBP), pierre.breul@univ-bpclermont.fr

Jean-Jacques BESSOULE, DR (CNRS), jean-jacques.bessoule@biomemb.u-bordeaux2.fr Marina LE GUEDARD, IR (ADERA), marina.le-guedard@u-bordeaux.fr

Droits d’usage : accès libre Niveau géographique : national

Couverture géographique : Bègles, Vaux-Rouillac Niveau de lecture : professionnels, experts

Etudes préalables sur site – Une méthodologie pour décrire un

site et choisir les points d’échantillonnage et/ou de

mesure de capacité d’infiltration Rapport final

N. Forquet, S. Bisone, R. Clément

R

L’étude préalable du sol en place est une étape indispensable à la conception d’une zone de rejet végétalisée. Parmi les mesures demandées figure la mesure de la vitesse d’infiltration indispensable au dimensionnement de l’ouvrage, surtout s’il s’agit d’une recherche d’infiltration partielle et/ou non permanente ou d’une aire d’infiltration. Les textes et guides actuels ne proposent cependant pas de méthodologie pour localiser l’emplacement de ces mesures (à la surface du site et en profondeur). Ce problème se pose tout particulièrement en présence d’anthroposol (sol fortement remanié par l’activité humaine) comme cela est fréquemment le cas à l’abord des stations de traitement des eaux usées.

Ce document propose une méthodologie itérative permettant d’établir, à un coût proportionné à la taille du projet et à la complexité du site à investiguer, une représentation conceptuelle de la proche surface (les premiers mètres du sol) en distinguant les zones et les couches susceptibles de fortement influencer les écoulements d’eau usée traitée dans le sol. La méthodologie proposée repose en grande partie sur l’utilisation de méthodes géophysiques qui permettent d’analyser de grandes surfaces ou de grandes sections de la proche surface en un temps court. Ces outils (la conductimétrie électro-magnétique et la tomographie de résistivité électrique) permettent d’identifier de grands ensembles homogènes et donc d’adapter le plan d’échantillonnage à la question posée. Ils ne se substituent pas à la mesure d’infiltration car les grandeurs géophysiques ne permettent pas de quantifier les vitesses d’infiltration. Une telle approche est plus rapide et moins coûteuse qu’un plan d’échantillonnage pseudo-aléatoire.

L’utilisation d’un pénétromètre dynamique portable couplé à un essai géo-endoscopique est également présenté comme une méthode innovante permettant d’affiner la localisation des points de mesure.

Ce type d’étude, associée à une connaissance du contexte géologique local, est susceptible d’aider l’hydrogéologue expert dans son évaluation du risque pour le milieu récepteur souterrain, et de permettre un positionnement et un dimensionnement optimisés de l’ouvrage d’infiltration.

MOTS CLÉS

:

Etudes préalables sur site – Une méthodologie pour décrire un

site et choisir les points d’échantillonnage et/ou de

mesure de capacité d’infiltration Rapport final

N. Forquet, S. Bisone, R. Clément

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: A

A

Preliminary study is a compulsory step in the design of a soil-based constructed wetland (where part of the treated wastewater flowing through may infiltrate) or of an infiltration area (where the totality of the treated wastewater must infiltrate). Among the various measurements that are asked is the infiltration rate. Its determination is crucial as it constrains the size of future systems. Unfortunately current regulations and guidelines do not provide any methodology on where to measure the infiltration rate. This problem is particularly acute for anthroposol which are common in the vicinity of wastewater treatment plants. This report suggests a iterative methodology to establish a conceptual representation of the near-surface at a cost that is proportionate to the size of the project on the complexity of the site to be investigated. The obtained conceptual representation must distinguish the main areas of the site and the layers that are susceptible to affect the infiltration of treated wastewater. The suggested methodology largely relies on the usage of geophysical methods. Using those methods, large surface and section of the site can be investigated in a short time. Results allow identifying the main structures of the near-surface and therefore to choose where to perform infiltration tests. Geophysical methods are no substitute to infiltration tests since they cannot quantify infiltration rate. Identifying the main structure of the near surface to efficiently locate the infiltration tests is faster and less expensive than performing directly infiltration tests using a quasi-random sampling strategy. Usage of a variable energy lightweight dynamic cone penetrometer coupled with a geo-endoscopic investigation has been introduced as an innovative method to further refine the localisation of sampling points. The conceptual representation of the near surface obtained with these methods along with the knowledge of the local geology would support the expert hydro-geologist in its task to evaluate contamination risks of groundwater and would help to optimize location and sizing of future infiltration facilities.

K

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Etudes préalables sur site – Une méthodologie pour décrire un

site et choisir les points d’échantillonnage et/ou de

mesure de capacité d’infiltration Rapport final

N. Forquet, S. Bisone, R. Clément

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La réalisation d’études préalables est nécessaire avant la réalisation de ZRV ou d’aire d’infiltration d’eau usée traitée. La nature des essais à réaliser dépend de la taille de l’ouvrage ainsi que la nature permanente ou non du rejet vers le milieu récepteur souterrain.

Parmi les connaissances imposées, figure une mesure de la vitesse d’infiltration (ou de la conductivité hydraulique à saturation) mais aucune méthode n’est suggérée ni préconisée afin de sélectionner les points de mesure. Or la sélection des points est essentielle car les vitesses d’infiltration peuvent être très hétérogènes à l’échelle d’une parcelle (suivant la nature du terrain) et la mesure de la vitesse d’infiltration est très coûteuse en temps. Il est donc important de guider au mieux la sélection des points de mesure afin d’optimiser la réalisation des études préalables tout en garantissant des résultats fiables. Cela est d’autant plus important qu’une bonne détermination des capacités d’infiltration est essentielle au dimensionnement des ouvrages ainsi qu’à l’évaluation des risques de contamination du milieu récepteur souterrain par l’hydrogéologue expert.

Le diagramme ci-dessous présente les grandes étapes de la méthodologie présentée ainsi que les outils qui ont été testés dans le cadre du programme ZRV. Ses principales caractéristiques sont i) d’être itératives : à chaque étape la représentation de la proche surface du site est enrichie de nouvelles informations, et ii) de pouvoir être mise en œuvre entièrement sur le terrain : les données fournies par les outils sélectionnés peuvent être traitées et visualisées directement.

La représentation du terrain, résultante par cette méthodologie permet d’effectuer un choix raisonné des points où effectuer les essais d’infiltration rendant l’estimation des propriétés à l’échelle de la parcelle plus fiable et limitant les coûts expérimentaux. Le gain peut être particulièrement important si le site présente de forte hétérogénéité ce qui est notamment fréquent pour les anthroposols.

Parmi les outils proposés, une part importante du rapport est dédiée aux outils géophysiques. En effet, ces derniers permettent d’explorer des volumes importants de sol rapidement. Leur inconvénient est que les grandeurs observées (résistivité ou conductivité électriques) sont dépendantes d’un grand nombre de propriétés du sol et pas seulement de celle qui nous intéresse : la conductivité hydraulique. La tendance actuelle est donc de fusionner les données géophysiques avec des mesures ponctuelles plus précises. C’est en partie ce que nous proposons de réaliser avec cette méthodologie novatrice en couplant les mesures géophysiques avec la pénétrométrie couplée à la géo-endoscopie ainsi qu’avec les mesures de vitesses d’infiltration.

Enfin, les méthodes plus classiques (comme la tarière ou la fosse pédologique) ne sont pas oubliées et nous montrons comment elles peuvent être adaptées dans certains contextes notamment en l’absence de fortes hétérogénéités de surface.

La méthodologie présentée vise à obtenir une meilleure description de la proche surface. Elle s’inscrit dans le cadre des études préalables notamment telles que décrites dans le guide EPNAC « Contenu des études préalables à la réalisation d’une Zone de Rejet Végétalisée » et ne vise nullement à s’y substituer.

Afin d’établir une hypothèse vraisemblable sur le chemin hydraulique de l’eau usée traitée infiltrée de la surface jusqu’à la nappe, les informations obtenues doivent être associées à la connaissance du contexte géologique local. Il peut être d’ailleurs envisagé d’avoir recours à des mesures exploratoires à une plus grande échelle si des questions se posent au-delà de la proche surface : écoulement dans des fractures du substratum, capacité de stockage de ce dernier, etc …

Pour en savoir plus :

Bisone, S., Clément, R. et Forquet, N., 2017. Une méthodologie couplant mesures géophysiques et ponctuelles afin d’estimer la perméabilité d’un site destiné à l’infiltration d’eau usée traitée. Déchets Sciences et Technique, à paraître

Chossat, J.C., 2005. La mesure de la conductivité hydraulique dans les sols. Tec et Doc – Lavoisier, 720 pages.

Kästner, M., Braeckevelt, M., Doberl, G., Cassiani, G., Prestangeli Papini, M., Leven-Pfister, C., Van Ree, D., 2012. Model-driven soil probing, site assessment and evaluation - Guidance on technologies. Sapienza Università Editrice, Rome.

S

1. Introduction...

9

2. L’état des lieux réglementaire...

9

3. Description de la méthodologie proposée...

12

3.1. Construire une représentation conceptuelle...12

3.2. Recherche d’informations existantes... 13

3.3. Etape 1 : hétérogénéités horizontales...14

3.3.1.

Approche topo-édaphique...14

3.3.2.

Conductimètre électromagnétique...14

3.4. Etape 2 : hétérogénéités verticales...17

3.4.1.

Tarière manuelle... 17

3.4.2.

Fosse pédologique... 18

3.4.3.

Association de la Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), de la

pénétrométrie et de la géo-endoscopie...18

3.5. Etape 3 : tests d’infiltration...20

3.5.1.

Les méthodes reposant sur le modèle de Darcy...21

3.5.1.1.

La méthode de Porchet...21

3.5.1.2.

La méthode du double-anneau...21

3.5.2.

Les méthodes reposant sur des modèles d’écoulement en zone non

saturée 22

3.5.2.1.

Le perméamètre de Guelph...22

3.5.2.2.

La méthode BEST...22

3.5.3.

Tableau de synthèse...23

4. Conclusions...

24

5. Glossaire...

25

6. Sigles & Abréviations...

26

7. Bibliographie...

27

8. Table des illustrations...

29

E

– U

’

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1. Introduction

Dans le cas de projets de création de Zones de Rejet Végétalisées (ZRV) ou d’aires d’infiltration dont le sol reçoit des eaux usées préalablement traitées, une étude préalable sur site est indispensable. Ce document présente une méthodologie mise en œuvre par Irstea pour localiser les points de mesures qui soient les plus représentatifs du site.

2. L’état des lieux réglementaire

Cette section s’appuie sur l’ « Analyse réglementaire des ZRV » (EPNAC, 2014) ainsi que sur l’arrêté du 21 juillet 2015.

Les zones de rejet végétalisées sont définies comme « un espace aménagé entre la station de traitement des eaux usées et le milieu récepteur superficiel de rejets des eaux usées traitées » (Article 1 de l’arrêté du 21 juillet 2015).

L’atelier ZRV distingue deux situations dépendantes de la permanence de l’infiltration : • Pour les stations d’épuration non concernées par l’infiltration totale et permanente des

eaux usées traitées, l’atelier ZRV du groupe EPNAC (’Evaluation des Procédés Nouveaux d’Assainissement des petites et moyennes Collectivités) propose l’application du logigramme de la Figure 1, indépendamment de leur taille ;

• Si le milieu récepteur nécessite une infiltration totale et permanente des eaux usées traitées, l’arrêté du 21 juillet s’applique avec des dispositions variant suivant la taille de l’installation (Tableau 1).

Le logigramme du groupe de travail EPNAC et le guide sur le « Contenu des études préalables à la réalisation d’une Zone de Rejet Végétalisée » (EPNAC, 2015) auquel il est associé, présente une démarche pragmatique, en accord avec la logique de l’arrêté, qui vise à maintenir un coût d’étude proportionnel au risque. Les avantages de cette démarche sont :

• Une approche itérative qui vise à limiter les dépenses associées à l’étude préalable si aucun risque n’est identifié ;

• De mettre au cœur de la démarche l’avis d’un hydrogéologue agréé (ou non), le plus à même de déterminer s’il existe un risque de contamination des eaux souterraines.

Tableau 1. Dispositions de l'arrêté du 21 juillet 2015 sur l'infiltration d'eau usée traitée (MEDDE, 2015)

Pour toutes les stations

1. Une description générale du site : topographie, géomorphologie, hydrologie, géologie (nature du réservoir sollicité, écrans imperméables), hydrogéologie (nappes aquifères présentes, superficielles et captives)

2. Les caractéristiques pédologiques et géologiques des sols et des sous-sols, notamment l'évaluation de leur perméabilité ;

3. Les informations pertinentes relatives à la ou les masses d'eau souterraines et aux entités hydrogéologiques réceptrices des eaux usées traitées infiltrées : caractéristiques physiques du ou des réservoirs (porosité, perméabilité), hydrodynamiques de la ou des nappes (flux, vitesses de circulation, aire d'impact) et physico-chimiques de l'eau. Ces données se rapporteront au site considéré et sur la zone d'impact située en aval. Il est demandé de préciser les références, les fluctuations et les incertitudes ;

4. La détermination du niveau de la ou des nappes souterraines et du sens d'écoulement à partir des documents existants ou par des relevés de terrain si nécessaire, en précisant les références, les fluctuations et les incertitudes ;

5. L'inventaire exhaustif des points d'eau déclarés (banques de données, enquête, contrôle de terrain) et des zones à usages sensibles, sur le secteur concerné, et le cas échéant, les mesures visant à limiter les risques sanitaires ;

6. Le dimensionnement et les caractéristiques du dispositif d'infiltration à mettre en place au regard des caractéristiques et des performances du dispositif de traitement et les moyens mis en œuvre pour éviter tout contact accidentel du public avec les eaux usées traitées.

L'avis de l'hydrogéologue agréé en matière d'hygiène publique est sollicité dès lors que la nappe d'eau souterraine réceptrice des eaux usées traitées infiltrées constitue une zone à usages sensibles1_{, à l'aval hydraulique du point}

d'infiltration.

Capacité nominale ≤ 12 kg DBO5/jour

12 kg DBO5/jour < Capacité

nominale ≤ 600 kg DBO5/jour

Capacité nominale > 600 kg DBO5/jour

L'étude hydrogéologique est jointe au dossier de conception porté à connaissance du service en charge du contrôle. L'avis prend en compte les usages existants et futurs.

L'étude hydrogéologique est jointe au dossier de déclaration ou de demande d'autorisation.

Le maître d'ouvrage évalue le risque de détérioration de la qualité de l'eau souterraine réceptrice par les substances dangereuses et par les polluants non dangereux visés aux annexes de l'arrêté du 17 juillet 2009 susvisé si nécessaire et détermine ensuite les modalités de traitement des eaux avant infiltration à mettre en place Pour toutes les tailles de stations et en cas d’infiltration des eaux usées traitées, un programme de surveillance des eaux usées souterraines, soumis à l’accord préalable du service de contrôle, est mis en place sur la base des préconisations de l’étude hydrogéologique.

Le principal inconvénient de cette méthode est qu’elle est difficilement applicable aux sols fortement remaniés (anthroposols) qui sont fréquents à l’abord des stations. En effet, dans le guide, il est conseillé d’effectuer quelques sondages à la tarière ou une fosse pédologique sans décrire où effectuer ces mesures. Similairement, il est conseillé d’effectuer les tests de perméabilité aux bonnes profondeurs et aux bons endroits mais sans proposer de méthodologie à cet effet. Enfin, il n’est pas fait mention du risque d’écoulements préférentiels du fait de la structure du sol sous la zone d’infiltration ou, à terme, de sa modification du fait de l’infiltration elle-même (ex : déstructuration due à de la dispersion). Le texte de l’arrêté synthétisé dans le Tableau 1 décrit les grandes lignes du contenu des études à réaliser mais ne présente pas la méthodologie la plus appropriée à mettre en œuvre. La règlementation ne précise pas le nombre d’échantillons à réaliser pour déterminer la structure et les propriétés du sol. Une première approche présentée dans l’Annexe B de la norme ISO 10381-1 intitulé : «Qualité du sol - Échantillonnage - Partie 1 : lignes directrices pour l'établissement des programmes d'échantillonnage.» (AFNOR, 2003) consiste à mettre en place la démarche itérative suivante : suivant les objectifs de l’étude et

la nature du site, on détermine un premier plan d’échantillonnage avec une densité grossière. Puis, à partir de l’analyse des résultats et éventuellement d’un premier traitement géostatistique, on effectue de nouvelles mesures afin d’obtenir des informations plus précises. Cette approche est efficace mais lourde à mettre en œuvre car elle nécessite d’effectuer de nombreux déplacements sur le terrain. Elle sera d’autant plus difficile et coûteuse à mettre en place que le sol présente de nombreuses hétérogénéités (comme souvent pour les anthroposols).

Le travail présenté dans ce document vise donc à proposer une méthodologie pour répondre à ce manque. Il ne se substitue donc pas aux travaux antérieurs mais vient les compléter. Il s’agit d’apporter des éléments d’appréciation à l’hydrogéologue sur les écoulements dans les premiers mètres du sol afin d’estimer aux mieux les risques de transfert de pollution vers les eaux souterraines. L’objectif est de proposer une démarche itérative permettant d’acquérir une connaissance des écoulements dans les premiers mètres du sol à un coût proportionné, en lien avec la taille de l’installation et en lien avec le risque associé.

Figure 1. Logigramme des études préalables (EPNAC, 2015)

Synthèse

Quelles mesures réalisées dans le cadre

Pas d’information ni dans l’arrêté du 21 juillet 2015 ni dans le guide EPNAC des études préalables

échantillonnage pseudo-aléatoire avec raffinement itératif dans Norme ISO 10381-1

3. Description de la méthodologie proposée

3.1.Construire une représentation conceptuelle

Cette approche se fonde sur la construction d’une représentation conceptuelle de la proche surface grâce à l’utilisation de plusieurs techniques, et notamment de méthodes d’investigation géophysiques spatialisées.

Elle a prouvé son efficacité pour la description des sites contaminés dans le cadre du programme ModelPROBE “Model driven Soil Probing, Site Assessment and Evaluation” (Kästner et al., 2012). En effet, dans ce contexte, les approches plus traditionnelles ont souvent été critiquées pour le manque de planification stratégique des sondages qui génère des coûts et des temps d’étude trop élevés (French et al., 2014).

La représentation conceptuelle doit permettre de décrire les structures du sol influençant le chemin de l’eau dans le sol et leur perméabilité afin :

• D’aider l’hydrogéologue dans son évaluation de l’impact du rejet sur les masses d’eau souterraines ;

• De servir au dimensionnement de l’ouvrage.

A l’instar de la norme ISO 10381-1, l’établissement d’une représentation conceptuelle peut se faire de façon cyclique afin de parvenir à un niveau de détail correspondant à l’objectif fixé. Par ailleurs, la méthodologie proposée repose sur des méthodes dont les résultats (i) peuvent être obtenus sur site et servir à guider le choix des points d’échantillonnage et (ii) couvrir des surfaces bien plus grandes permettant d’accélérer la procédure.

3.2.Recherche d’informations existantes

Tout d’abord, il est utile de rassembler le maximum d’information a priori. Cette description des outils disponibles reprend et enrichit celle présente dans EPNAC (2015) :

• La topographie du site peut être obtenue via le projet collaboratif OpenStreetMap (https://www.openstreetmap.org) ou sur le Géoportail de l’IGN (https://www.geoportail.gouv.fr/).

• Le Géoportail de l’IGN donne également accès aux photographies aériennes réalisées, suivant les sites, depuis les années 1920.

• Le portail InfoTerre (http://infoterre.brgm.fr/) donne accès aux cartes géologiques de la France au 1/50 000 et au 1/100 000 à partir desquelles peuvent être réalisées des coupes géologiques de la zone d’intérêt permettant de repérer d’éventuelles failles. • Toujours sur le portail InfoTerre, est référencé l’ensemble des sondages et des carrières

réalisés à proximité du site. Certains logs (coupes) de sondage sont directement accessibles en ligne ce qui permet d’avoir une première description du sol et du sous-sol.

• Il est également possible, sur le site du portail InfoTerre, de visualiser les masses d’eau souterraines ainsi que les points de mesures du réseau ADES (Portail national d’Accès aux Données des Eaux Souterraines) et les chroniques associées.

• L’outil cartographique Geosol (http://estrada.orleans.inra.fr/geosol/) donne accès à la distribution géographique de la texture des sols ainsi qu’à d’autres informations comme la teneur en carbonate de calcium et la capacité d’échange cationique.

• Le Système d’Information sur l’Eau, géré par les agences de l’eau donne accès à diverses données sur l’eau et notamment la description du milieu naturel (bassins versants, cours d’eau, aquifères) et les études réalisées.

A ces informations peuvent s’ajouter celles présentent dans le serveur carthographique CARMEN (http://carmen.ecologie.gouv.fr), dans la banque HYDRO (www.hydro.eaufrance.fr) et sur Gest’eau (www.gesteau.eaufrance.fr).

Figure 3. Suivi dans le temps de l'occupation du sol de la zone étudiée (triangle jaune). Station expérimentale du Clos-de-Hilde, projet Biotrytis.

Cette grande richesse d’informations disponibles en ligne et gratuitement est remarquable et permet rapidement de mettre en place un premier modèle du sol : de la zone non saturée jusqu’à la nappe. Il nous permet également de se faire une idée du niveau de remaniement

du sol compte-tenu de l’historique du site (Figure 3).

En fonction de l’ampleur et de la complexité du projet, ces informations peuvent être intégrées dans un SIG.

S’il a été déterminé que la nappe se trouvait à une faible profondeur, l’installation de piézomètres supplémentaires (en suivant les règles de l’art pour leur implantation) peut être envisagée afin de déterminer le sens d’écoulement de la nappe et le gradient hydraulique (norme NF X31-509).

3.3.Etape 1 : hétérogénéités horizontales

La première étape correspond à la première visite sur site. On vérifie que les informations recueillies correspondent à l’état actuel du site. On recherche d’éventuels piézomètres non référencés sur le site InfoTerre.

Si au cours de la recherche d’informations existantes, il a été mis en évidence que le site est susceptible de présenter des hétérogénéités horizontales du fait de sa nature ou de par les remaniements dont il a fait l’objet, l’étape 1 est l’occasion d’en identifier les contours. Dans le cadre du projet BIOTRYTIS, nous avons mis en œuvre deux techniques afin d’effectuer une cartographie des hétérogénéités de la proche surface du site.

3.3.1. Approche topo-édaphique

La première méthode et la plus simple à mettre en œuvre est d’effectuer un relevé botanique des grandes structures végétales en place. En effet, la trajectoire des structures végétales est influencée par les propriétés topo-édaphiques du site (Williamson, J.C. et al., 2016). Cependant à des échelles fines, comme celle d’une parcelle, la délimitation des zones peut s’avérer délicate car les plantes peuvent, grâce à leur réseau racinaire, rechercher des ressources sur des distances significatives (Tamme et al., 2016). Cette méthode a l’avantage d’être simple à mettre en œuvre et peu onéreuse. Ces inconvénients sont qu’il s’agit d’une mesure indirecte, influencée par les hétérogénéités horizontales et verticales mais également par la topographie. Par ailleurs, elle nécessite que le site n’ait pas encore été défriché. La Figure 4 présente un exemple de relevé effectué par le Laboratoire de biogenèse membranaire de Bordeaux sur le site de la station expérimentale du Clos de Hilde (Bègles, 33).

3.3.2. Conductimètre électromagnétique

La deuxième méthode est celle du conductimètre électromagnétique (EM). L’EM est équipé de deux bobines distantes de 1 m : une bobine émettrice et une réceptrice. La bobine émettrice, parcourue par un courant d’amplitude et de fréquence donnée, génère un champ magnétique. Ce dernier induit dans le sol un champ magnétique secondaire, dont l’intensité dépend de la conductivité électrique du sol. L’intensité du champ est alors mesurée grâce à la deuxième bobine. La fréquence du courant et la distance entre les bobines définissent la profondeur atteinte et la sensibilité. L’appareil utilisé permet d’investiguer une hauteur de sol comprise entre 25 cm et 3 m suivant la fréquence utilisée et la conductivité électrique du sol. La surface entière du site est rapidement balayée (45 min pour 12500 m2_{, Figure 5).}

La mesure intègre la conductivité électrique sur l’ensemble de la profondeur concernée par la mesure. Elle permet donc d’obtenir une image de la variabilité sur le plan horizontal du sol sans pouvoir expliquer l’origine de cette variabilité (par la localisation exacte des éventuelles couches souterraines).

Figure 5. Prospection électromagnétique du site du Clos de Hilde à Bègles (33)

La conductivité électrique du sol dépend du type de matériau traversé, de la porosité et de la teneur en eau. Les mesures EM sont donc peu sélectives mais permettent d’identifier les ensembles ainsi que les fortes anomalies. Les résultats se présentent sous forme d’une carte comme l’illustre l’exemple ci-dessous (Figure 6).

Figure 6. Résultats de la prospection électromagnétique

Les résultats de la prospection électromagnétique permettent d’établir une première représentation du terrain et d’identifier des zones de nature différente (Figure 7).

Zone d'anomalie importante (Restes des travaux de la station) Zone d'anomalie

(Non identifiée)

Matériel plus résistant electriquement

(Tuyau d'amené à la station, ou ancienne voirie) Zone argileuse

Zone magnétique (présence de métal)

3.4.Etape 2 : hétérogénéités verticales

Cette première représentation (Figure 7) permet de déterminer où, à la surface du terrain, il est judicieux de faire des échantillonnages afin de prendre en compte les différentes zones constitutives du sol mais il ne nous renseigne pas sur d’éventuelles hétérogénéités verticales susceptibles d’influencer l’écoulement entre la surface et la nappe (dans ce que l’on appelle : la zone non saturée). Il est impératif de déterminer la profondeur, le pendage et la conductivité hydraulique de ces différentes couches si l’on veut être en mesure d’estimer le flux pouvant s’infiltrer.

Vitesse d’infiltration, perméabilité et conductivité hydraulique, …

Ces trois termes : vitesse d’infiltration, perméabilité et conductivité hydraulique sont parfois indifféremment employés alors qu’ils correspondent à des variables distinctes. Pour éclaircir leur signification, nous nous appuyons sur l’ouvrage de J.-C. Chossat (2005)

La vitesse d’infiltration, appelée également taux ou régime d’infiltration) désigne le flux d’eau pénétrant dans le sol et est généralement exprimée en mm/h. Elle dépend du régime d’alimentation et des propriétés du sol et ne doit pas être confondue avec la capacité d’infiltration qui représente le flux d’eau maximal que le sol est susceptible d’absorber. Enfin, le terme de percolation est parfois employé et est particulièrement adéquat dans le cas de l’infiltration des eaux usées traitées. Il désigne l’écoulement vertical de l’eau vers la nappe sous l’action de la gravité.

L’usage du terme perméabilité pour désigner le coefficient de proportionnalité K dans la loi de Darcy (

vr

K

g

K

k

3.4.1. Tarière manuelle

Figure 8. Carotte obtenue à l'aide d'une tarière manuelle (Photo : Laurence Rolland, Irstea)

La technique la plus simple et la moins coûteuse consiste à effectuer des carottages à l’aide de tarières manuelles à des points choisis pour caractériser les différentes zones mises en évidence à l’étape 1. Le carottage permet d’avoir accès à la distribution verticale de la texture du sol ainsi que de repérer d’éventuelles traces d’hydromorphie (Baize et Jabiol, 2011). Il s’agit de la technique à privilégier si le sol s’y prête bien (sableux ou limoneux) et si la recherche d’informations existantes n’a pas mis en évidence la présence d’une couche dont le pendage est essentiel à la détermination du cheminement hydraulique. En revanche, sur des sols caillouteux (remblais, colluvions) ou argileux, le carottage manuel devient vite une épreuve physique et perd tout intérêt.

3.4.2. Fosse pédologique

La seconde solution, de technicité toujours faible, consiste à effectuer une fosse pédologique à l’aide d’une pelle mécanique. Il est vivement conseillé de faire intervenir un pédologue pour l’interprétation du profil. En plus de l’identification texturale, une fosse donne accès à un certain nombre d’informations sur la structure du sol (e.g., structuration en agrégats grumeleux, lamellaires ou prismatiques) qui peuvent s’avérer cruciales pour la compréhension des écoulements. Le principal inconvénient est qu’il s’agit d’une technique fortement destructive, surtout si de nombreuses zones ont été identifiées à l’étape 1 et qu’il est donc nécessaire de les multiplier.

Figure 9. Analyse d'une fosse pédologique sur le site d’Ars-sur-Formans, (Jean-Michel Boissier, Ecosylve)

3.4.3. Association de la Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), de la pénétrométrie et de la géo-endoscopie

La troisième technique pouvant être mise en œuvre repose sur l’association de la tomographie de résistivité électrique (TRE) et de profils réalisés à l’aide d’un pénétromètre et d’un géo-endoscope.

La TRE est une méthode permettant d’estimer la distribution de résistivité électrique du sol le long d’un plan vertical. La résistivité électrique est dépendante d’un certain nombre de propriétés du sol telles que la charge superficielle, la porosité et la teneur en eau (Robinson et al., 2008). Pour obtenir cette image, une série d’électrodes (usuellement entre 24 et 96) sont insérées dans le sol le long d’une ligne à intervalles réguliers (cet espacement détermine la profondeur de l’investigation) et connectées à un résistivimètre. Un gradient de tension est appliqué entre deux électrodes, le courant injecté est mesuré ainsi que la différence de potentiel résultant entre un autre couple d’électrodes. En répétant l’injection de courant et la mesure entre plusieurs couples d’électrodes, on peut estimer à l’aide de méthodes numériques la distribution complète de la résistivité de la zone ciblée (Binley, 2005). Le volume de la zone investiguée varie en fonction de la configuration choisie. Plus les électrodes sont rapprochées, plus la résolution sera bonne mais plus le volume impacté faible. La résolution de l’image tomographique diminue avec la profondeur. L’avantage de la méthode est qu’elle permet d’obtenir la distribution de résistivité électrique suivant un plan vertical sur des distances pouvant aller jusqu’à la centaine de mètres. Cela peut être particulièrement intéressant si l’on souhaite mettre en évidence le pendage d’une couche limitante et si, par exemple, il y a des risques de résurgence. La mesure est relativement rapide (moins d’une heure) mais la mise en place est longue et peut s’avérer laborieuse voire impossible si la végétation est dense.

Sur l’image obtenue de distribution de résistivité électrique, une différence nette de valeurs entre deux couches peut indiquer une différence de nature texturale mais peut également être induite par les autres facteurs influençant la résistivité telle que la teneur en eau. Le traitement numérique appliqué peut, quant à lui, être à l’origine d’artefacts sur le résultat final susceptibles d’induire en erreur un utilisateur non averti. Il nous est donc apparu judicieux de coupler cette méthode à d’autres permettant d’obtenir des profils par mesures ponctuelles le long de la coupe afin de confirmer les délimitations obtenues par TRE.

Figure 10. Profil de TRE faisant apparaître trois couches distinctes avec des contrastes de résistivité importants (Clos de Hilde, Biotrytis, Bègles)

Le département de génie civil de l’Université Blaise Pascal de Clermont Ferrand a développé une méthode innovante couplant pénétromètrie et géo-endoscopie (Breul et Gourvès, 2001). Cette méthode a notamment pour avantage de pouvoir obtenir des profils verticaux avec une bonne résolution sans recourir à des engins de forage (le matériel est portable et autonome en énergie). Tout d’abord, il s’agit de mesurer la résistance à l’enfoncement d’une pointe de faible section (2 cm2_{) à l’aide d’un pénétromètre dynamique (e.g. Panda 2,}

Sol Solutions). Cette mesure est fréquemment utiliser en géotechnique pour le contrôle de compactage. Ici l’objectif est d’observer les discontinuités dans le pénétrogramme correspondant à des couches différentes du sol. Ensuite, le forage obtenu est réutilisé pour introduire un géo-endoscope : il permet de vérifier si les différences identifiées par le pénétromètre correspondent à des couches de nature différentes mais également d’identifier de nouvelles différences n’ayant pas entrainé de variation significative de la résistance de pointe. La principale limite de cette méthode est la profondeur d’investigation qui, suivant la nature du sol, peut atteindre 3 à 4 mètres alors que la TRE permet d’atteindre des profondeurs beaucoup plus importantes.

Figure 11. Association d'un pénétrogramme et d'images obtenues par géo-endoscopie (Vaux-Rouillac, 16)

L’association de la TRE et des sondages pénétromètriques/géo-endoscopiques permet une bonne caractérisation de la proche surface. Ainsi, pour chaque zone identifiée à l’étape 1, ces outils novateurs permettent de localiser les couches les plus importantes afin de guider le choix des points de mesure pour les tests d’infiltration et/ou pour l’échantillonnage.

A l’issu de l’étape 2, on obtient une représentation de la proche surface faisant ressortir les hétérogénéités verticales. La Figure 12 présente le résultat de cette étape sur le site de la bio-station Biotrytis (Bègles, 33).

Figure 12. Représentation simplifiée des hétérogénéités sur le site de la bio-station Biotrytis (Bègles, 33)

Dans certains contextes, l’aquifère réceptrice peut être le paramètre limitant du fait de son confinement ou d’une capacité de stockage limitée. Dès lors, l’étude ne doit plus seulement se limiter à l’échelle de la proche surface (métrique) mais s’intéresser à l’échelle de l’aquifère (kilométrique) comme l’illustre la Figure 13. Ce type de problématique sort du contexte du présent rapport et se rapproche plus des questions liées à la recharge de nappe qui ont été abordées dans un rapport BRGM/ONEMA (Casanova, 2013). Dans ces situations, il peut être nécessaire d’avoir recours à des foreuses géothermiques capables d’atteindre des profondeurs de 20 à 60 m (Kästner et al., 2012). Il existe également des outils géophysiques plus adaptés à cette échelle (Legchenko et al., 2004).

Figure 13. Les différentes échelles d'étude (d’après (Kästner et al., 2012)

3.5.Etape 3 : tests d’infiltration

À partir des étapes précédentes, nous pouvons estimer :

• Le nombre de points où il est nécessaire d’effectuer une mesure de la conductivité hydraulique à saturation ;

• La profondeur de chaque point de mesures ;

• L’épaisseur des couches dans lesquelles les mesures doivent être réalisées ;

La texture du terrain (observée ou obtenue à partir des bases de données) donne également une idée de la plage de valeurs dans laquelle est susceptible de se situer la mesure de conductivité hydraulique à saturation. Toutes ces informations influent sur le choix de la méthode à mettre en place tout comme la présence d’une nappe à faible profondeur. La mesure de la conductivité hydraulique à saturation est difficile compte-tenu de l’importance des effets transitoires dans la zone non saturée, de l’hétérogénéité du sol et de l’influence des conditions initiales et aux limites. Trop souvent, la technique du test de Porchet est mise en œuvre sans se poser de question alors même qu’elle se situe en dehors de son domaine d’application. Il est donc important de repréciser les domaines d’application et les hypothèses inhérentes aux tests d’infiltration classiques (Porchet et double-anneau).

Nous consacrerons, enfin, une partie à présenter des techniques reposant sur des modèles d’infiltration dont les hypothèses sont moins contraignantes que celles appliquant la loi de Darcy et qui permettent donc d’obtenir plus d’informations plus rapidement. Cette présentation n’est pas exhaustive et n’a pas la prétention de fournir un guide sur le choix de la technique de mesure d’infiltration à mettre en œuvre. Nous nous limiterons aux techniques que nous avons utilisées dans le cadre du programme ZRV ou qui sont fréquemment employés par les bureaux d’étude. Nous avons également choisi de ne présenter que des techniques pour lesquelles des guides précis et/ou du matériel commercial sont disponibles. Enfin, un autre critère important pouvant guider le choix de la technique à mettre en œuvre est le temps de réalisation de la mesure. En effet, d’après Chossat (2005), il faut au moins 6 essais sur un même horizon pour obtenir une valeur statistiquement significative. Un si grand nombre d’essais n’est jamais observé sur une étude préalable, mais si on sélectionne une méthode de mesure « relativement » rapide à mettre en œuvre, on peut espérer multiplier les points de mesure par horizon et ainsi pouvoir réduire l’incertitude entourant la détermination de la conductivité hydraulique à saturation.

3.5.1. Les méthodes reposant sur le modèle de Darcy

3.5.1.1. La méthode de Porchet

Cette méthode a été développée en 1935 comme une alternative aux techniques de laboratoire jugées peu fiables afin de mesurer une « vitesse de filtration ».

Il existe deux variantes de cette méthode : (i) à charge variable ou (ii) constante.Les deux méthodes reposent sur l’hypothèse d’un gradient unitaire pour la charge hydraulique. Pour se mettre dans des conditions où cette hypothèse est susceptible d’être valide, il faut impérativement respecter les quatre heures d’humectation (ou plus suivant les sols) avant la mesure.

Il est également important de veiller à ce qu’une nappe ne se trouve pas à proximité (entre un et deux mètres du fond du forage) car cela ne permettra pas la mise en place d’un gradient unitaire. La Figure 14, obtenue à l’aide de résultats de simulation numérique, présente l’impact d’une nappe proche sur la mesure.

La méthode à charge variable est facile à mettre en œuvre mais ne permet pas d’obtenir une estimation suffisamment précise de la conductivité hydraulique (on estime plutôt un coefficient apparent d’infiltration). Donc, seule la méthode à charge constante est à mettre en œuvre.

Figure 14. Distribution de la teneur en eau autour d’un forage où est réalisé un test de Porchet (le forage est positionné en haut à gauche de chacune des figures) en l’absence de nappe (figure de gauche) et en présence d’une nappe à 60 cm du fond forage (figure de droite). Le volume infiltré est de

1.12 L en cinq heures à gauche et de 1.08 L à droite.

La méthode est décrite en détail dans Chossat (2005)

3.5.1.2. La méthode du double-anneau

La méthode du double anneau est une référence dans le domaine des mesures in situ à saturation dans la zone non saturée car elle est extrêmement répandue. Il existe une norme décrivant sa mise en œuvre (NF X30-418). La méthode repose sur une infiltration à charge constante au sein de deux anneaux concentriques disposés à la surface du sol. L’anneau

s’infiltrant depuis l’anneau central dit de mesure. De grands anneaux impacteront un volume de sol plus important et rendront de ce fait la mesure plus fiable. Cependant des anneaux de grande taille peuvent augmenter de façon significative le temps de mesure. Dans son ouvrage, Chossat (2005) insiste sur l’intérêt d’effectuer des observations a posteriori (une fois la mesure terminée) en ouvrant le sol afin d’estimer le volume de sol impacté ainsi que pour déceler d’éventuels écoulements préférentiels. Enfin, le couvert végétal peut significativement influencer la mesure, la décision de le conserver ou de le retirer pour effectuer la mesure doit donc être étudiée au préalable, notamment en prenant en compte le type de ZRV envisagé selon la classification prévue (Cf.Cahier des charges: études préalables et équipements des ZRV nécessaires à leur suivi EPNAC, 2015).

3.5.2. Les méthodes reposant sur des modèles d’écoulement en zone non saturée

3.5.2.1. Le perméamètre de Guelph

Cette méthode a été mise au point à l’Université de Guelph (Ontario, Canada) par Reynolds et al. (1985). Elle donne accès à la conductivité hydraulique, la sorptivité2 _{et les relations}

entre conductivité hydraulique et tension de l’eau du sol.

Cette méthode est relativement rapide (entre 30 minutes et quelques heures suivant le type de sol) et ne nécessite que de très faibles volumes d’eau ce qui rend sa mise en œuvre aisée. Cela s’explique par le fait que la mesure n’impacte qu’un très faible volume de sol autour du point de mesure. Cela représente un avantage et un inconvénient pour la mesure. Il est possible d’effectuer des mesures de conductivité hydraulique à saturation au sein de multiples horizons du sol peu épais à partir de la surface (et ce jusqu’à des profondeurs de 6 mètres). La mesure est très sensible à l’hétérogénéité du sol au sein d’un même horizon. Enfin, l’état d’humidité initial a un fort impact sur la qualité de la mesure. Il convient donc de le mesurer et d’effectuer les mesures en période plutôt sèche.

Le modèle d’écoulement sur lequel repose le test de Guelph ne prend pas en compte la présence d’une nappe. L’USBR (United States Bureau of Reclamation) a développé un modèle qui permet de pallier à ce problème et permet donc d’étendre l’applicabilité de la mesure. Il est toutefois important de préciser que les valeurs obtenues par les deux méthodes ne sont pas strictement équivalentes (Reynolds, 2013).

3.5.2.2. La méthode BEST

La méthode BEST (Lassabatère et al., 2006) est la méthode la plus récente mise en œuvre dans cette étude et également l’une des plus simples en terme de matériel. Elle dérive de la méthode de Beerkan décrite par Haverkamp et al. (1996), fondée sur l’infiltration simple anneau. On enfonce légèrement un cylindre à la surface du sol dans lequel on verse successivement des volumes d’eau. Contrairement au perméamètre de Guelph, il n’est pas nécessaire d’avoir un dispositif maintenant une charge constante. On suit les volumes infiltrés au cours du temps, de la phase transitoire à la phase permanente. Quatre mesures complémentaires sont également nécessaires à cette méthode : une analyse granulométrique, une mesure de la masse volumique apparente et les mesures des teneurs en eau volumique initiale et finale. La méthode est décrite en détail dans un guide établi à l’issue du projet ANR TRANSAT (Kaskassian et al., 2009). L’interprétation des résultats se fonde sur l’expression analytique de l’infiltration cumulée tridimensionnelle axisymétrique de Haverkamp et al. (1994).

Outre sa simplicité de mise en œuvre, les avantages de la méthode BEST sont son large domaine d’application (en termes de conductivité hydraulique à saturation), des mesures complémentaires qui évitent des erreurs d’interprétation, et une estimation de la conductivité hydraulique en fonction du degré de saturation (qui peut être importante à mesurer si l’alternance est pratiquée).

Remarque sur l’essai Lefranc : L’essai de Lefranc est fréquemment mis en œuvre par les bureaux d’étude et a été normalisé (NF P94-132). Cependant, il ne peut pas être comparé aux tests précédents car il ne s’agit pas d’un test d’infiltration dans la zone non saturée du sol. L’essai de Lefranc consiste à faire varier la charge hydraulique de la nappe phréatique afin de déterminer la perméabilité de l’aquifère.

3.5.3. Tableau de synthèse

Le Tableau 2 présente une synthèse des différentes méthodologies pouvant être mises en œuvre en insistant tout particulièrement sur leurs limites (conditions initiales, présence de nappe et temps de mesure).

Tableau 2. Synthèse des principales caractéristiques de mesures de conductivité hydraulique présentées

Surface

Forage

Double-Ann

eau

BEST

Guelph

USBR

Porchet

charge

constante

Grandeur(s)

mesurée(s)

Ks

K(h), ϴ(h)

Kfs, S

Ks

Ks

Gamme de

mesure

0.1 à 3 m/j 10

à 50 m/j

10

à 10 m/j

0.1 à 10 m/j

Temps de

mesure

1 à 5 h

30 minutes à

plusieurs

heures

environ 1h

2 jours

Equation de

base

Darcy

Haverkamp

et al., 2006

Reynolds et

Elrick, 1985

Kutilek et

Nielsen,

1994

Darcy

Volume de

terrain

concerné

10 à 15

litres

quelques

litres

quelques litres

10 à 15

litres

Prise en

compte des

conditions

initiales

Non

Oui

Non

Non

Prise en

compte de la

présence

d’une nappe

Non

Non

Non

Oui

Non

Références

/ normes

Norme

X30-418

Guide

technique

TRANSAT

ASTM

D5126

USBR

7300-89

Chossat

(2005)

(Kaskassian,

2009)

4. Conclusions

Ce document vient compléter le document : Contenu des études préalables à la réalisation

d’une Zone de Rejet Végétalisée, établi par l’atelier ZRV d’EPNAC.

Il propose une démarche visant à sélectionner au mieux les points de mesure de la conductivité hydraulique à saturation afin de proposer un modèle du cheminement de l’eau de la surface à la nappe. Cette approche repose sur l’association de mesures géophysiques (dont les mesures englobent de large volume) et de mesures ponctuelles (le long d’un profil vertical). Le choix des méthodes doit être effectué de sorte que le coût de l’étude soit proportionné au risque pour le milieu naturel et à la complexité (hétérogénéité) du site étudié. Les résultats des méthodes proposées peuvent être interprétés et visualisés sur place permettant de limiter les allers-retours sur le terrain. Les mesures permettent de construire de façon itérative un modèle simplifié de la structure de la zone non saturée. Ce modèle peut servir : i) à un hydrogéologue pour compléter les informations permettant d’estimer le risque sanitaire pour la nappe ainsi ii) qu’aux concepteurs de la zone de rejet végétalisée pour disposer des éléments nécessaires à la définition du dimensionnement. Si cette méthode novatrice permet de construire un modèle de la distribution spatiale de la conductivité hydraulique à saturation à un moindre coût en terme de mesure, elle ne permet pas à elle seule d’estimer le risque de contamination bactériologique de la nappe. Elle se limite également à l’étude de la proche surface et n’est pas adaptée au cas nécessitant de prendre en compte une plus grande échelle. Des travaux complémentaires devront être réalisés dans ce sens. Enfin, les progrès en méthodes de fusion entre données ponctuelles et données spatialisées permettront d’améliorer l’estimation quantitative de la distribution des capacités d’infiltration.

5. Glossaire

Anthroposol : Dans la base de référence mondiale pour les ressources en sols de la FAO,

les anthroposols regroupent les sols qui ont été formés ou profondément modifiés par les activités humaines.

Conductivité hydraulique à saturation (ou perméabilité) : est une grandeur qui

exprime l'aptitude d'un milieu poreux à laisser passer l’eau sous l'effet d'un gradient de pression lorsque ses pores sont complètement remplis.

Géo-endoscopie : caractérisation des géomatériaux par traitement et analyse d'images Hydromorphie : marques physiques d’un sol régulièrement saturé en eau.

Pénétrométrie : La pénétrométrie est une technique utilisée en géotechnie et destinée à

quantifier la résistance des terrains traversés, à déterminer l’épaisseur des différentes couches du sol et à effectuer des contrôles de compactage

Proche surface : Cette expression est fréquemment employée en géophysique pour

décrire les 10 premiers mètres du sol afin de distinguer l’étude de cette zone et de ses hétérogénéités de l’étude des structures du sol à une plus grande échelle (la centaine de mètres)

Zone non saturée : zone de sol comprise entre la surface du sol et la surface d’une nappe

libre.

Perméabilité intrinsèque : est une grandeur qui exprime l’aptitude d’un milieu poreux à

laisser passer un fluide indépendamment de sa nature. Elle se différencie de la conductivité hydraulique car elle dépend que de la taille et de la connectivité des pores et non du fluide se déplaçant dans les pores.

Résistance de pointe : contrainte mobilisable par le sol à une profondeur donnée Structure : La structure du sol est l'agencement dans l'espace de ses constituants.

Texture : La texture d'un sol correspond à la répartition dans ce sol des minéraux par

catégorie de taille

Vitesse d’infiltration : elle désigne le flux d’eau pénétrant dans le sol. Elle dépend du

régime d’alimentation et des propriétés du sol et ne doit pas être confondue avec la capacité d’infiltration qui représente le flux d’eau maximal que le sol est susceptible d’absorber.

6. Sigles & Abréviations

ADES : Portail national d’Accès aux Données des Eaux Souterraines BEST : Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters

BIOTRYTIS: station expérimentale du Clos-de-Hilde (Bègles, 33) : ZRV de types prairies,

fossés et autres.

BRGM : Bureau des Recherches Géologiques et Minières EM : conductimètre Electromagnétique

EPNAC : Evaluation des procédés Nouveaux d’Assainissement des petites et moyennes

Collectivités

IGN : Institut national de l’information géographique et forestière ROSEEV : ROle du Sol dans les zonEs de rEjet Végétalisées

TRANSAT : Evaluation des temps de TRAnsfert dans la zone Non SATurée des sols de

contaminants dissous et particulaires

TRE : Tomographie de Résistivité Electrique USBR : United States Bureau of Reclamation ZRV : Zone de Rejet Végétalisée

7. Bibliographie

AFNOR, 2012. Déchets – Détermination du coefficient de perméabilité verticale d’un terrain par essai à l’infiltromètre double anneau de type ouvert. Norme NF XP30-418

AFNOR, 2003. Qualité du sol - Échantillonnage - Partie 1 : lignes directrices pour l'établissement des programmes d'échantillonnage. Norme ISO 10381-1

AFNOR, 1993. Qualité des sols : Méthode de mise en place d’un piézomètre dans le sol à des fins agropédologiques. Norme NF X31-509

ASTM, 2004. Standard Guide for Comparison of Field Methods for Determining Hydraulic Conductivity in Vadose Zone. Norme D5126.

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Chossat, J.C., 2005. La mesure de la conductivité hydraulique dans les sols. Tec et Doc – Lavoisier, 720 pages.

EPNAC, 2015. Cahier des charges: études préalables et équipements des ZRV nécessaires à

leur suivi.

https://epnac.irstea.fr/wp-content/uploads/2015/10/20151009_Cahier-des-charges-des-ZRV _EPNAC_2015.pdf

EPNAC, 2014. Analyse réglementaire des Zones de Rejet Végétalisées (ZRV).

https://epnac.irstea.fr/wp-content/uploads/2014/03/Cadrage-reglementaire-des-ZRV_2013_ EPNAC.pdf

EPNAC, 2012. Contenu des études préalables à la réalisation d’une Zone de Rejet Végétalisée.

https://epnac.irstea.fr/wp-content/uploads/2013/04/Guide-etudes-sols-ZRV_EPNAC_mars20 13.pdf

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Legchenko, A., Baltassat, J.M., Bobachev, A., Martin, C., Robain, H., Vouillamoz, J.M., 2004. Magnetic Resonance Sounding Applied to Aquifer Characterization. Groundwater 42(3) : 363-373.

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8. Table des illustrations

Figure 1. Logigramme des études préalables (EPNAC, 2015)...11

Figure 2. Logigramme proposé pour guider les études sur site...12

Figure 3. Suivi dans le temps de l'occupation du sol de la zone étudiée (triangle jaune). Station expérimentale du Clos-de-Hilde, projet Biotrytis...13

Figure 4. Relevé des différentes végétations observées sur le site...14

Figure 5. Prospection électromagnétique du site du Clos de Hilde à Bègles (33)...15

Figure 6. Résultats de la prospection électromagnétique...15

Figure 7. Représentation conceptuelle obtenue à l'aide de la prospection électromagnétique...16

Figure 8. Carotte obtenue à l'aide d'une tarière manuelle (Photo : Laurence Rolland, Irstea) ...17

Figure 9. Analyse d'une fosse pédologique sur le site d’Ars-sur-Formans, (Jean-Michel Boissier, Ecosylve)...18

Figure 10. Profil de TRE faisant apparaître trois couches distinctes avec des contrastes de résistivité importants (Clos de Hilde, Biotrytis, Bègles)...19

Figure 11. Association d'un pénétrogramme et d'images obtenues par géo-endoscopie (Vaux-Rouillac, 16)...19

Figure 12. Représentation simplifiée des hétérogénéités sur le site de la bio-station Biotrytis (Bègles, 33)...20

Figure 13. Les différentes échelles d'étude (d’après (Kästner et al., 2012)...20

Figure 14. Distribution de la teneur en eau autour d’un forage où est réalisé un test de Porchet (le forage est positionné en haut à gauche de chacune des figures) en l’absence de nappe (figure de gauche) et en présence d’une nappe à 60 cm du fond forage (figure de droite). Le volume infiltré est de 1.12 L en cinq heures à gauche et de 1.08 L à droite....21

Tableau 1. Dispositions de l'arrêté du 21 juillet 2015 sur l'infiltration d'eau usée traitée (MEDDE, 2015)...10

Tableau 2. Synthèse des principales caractéristiques de mesures de conductivité hydraulique présentées...23

9. Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier :

Raphael Angulo-Jaramillo (CNRS) et Eric Michel (INRA) pour leurs conseils et leurs expertises apportées dans le cadre du comité de suivi du projet ROSEEV

Pierre Breul (UBP) pour ses éclairages sur les techniques de géotechnie (pénétromètre dynamique et géo-endoscope)

Irstea Onema

1, rue Pierre-Gilles de Gennes CS 10030

92761 Antony Cedex

Hall C – Le Nadar 5, square Félix Nadar 94300 Vincennes

01 40 96 61 21 01 45 14 36 00