MINISTÈRE DE L'INDUSTRIE ET DE LA RECHERCHE
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60
PÉRIMÈTRES DE PROTECTION CONSEILLÉS
POUR LES CAPTAGES D'EAU DU DISTRICT URBAIN D'ANGERS - LES PONTS-DE-CÉ (49)
par
J. DEPAGNE et Y. HERROUIN
Service géologique régional B R E T A G N E - PAYS-DE-LA-LOIRE rue Henri Picherit, 4 4 0 0 0 Nantes - Tél.: (40) 74.49.00 et 74.56.75
74 SGN 325 BPL
Nantes, octobre 1974- I -
R E S U M E
Le District Urbain d'Angers a chargé le BRGM d'étudier le site de l'Ile au Bourg où sont implantés les captages alimentant en eau la ville, afin de définir les mesures de protection à prendre.
L'étude piézométrique a montré que, dans les conditions de l'étiage 1974, la zone d'influence de ces captages englobe à peu près toute la superficie de l'île, en particulier la zone où est construite l'agglomération des Ponts de Ce, et où sont prévues des extensions d'urbanisation.
L'étude hydrodynamique des alluvions, difficile tant en raison de l'hétérogénéité de ces terrains, que de la faible précision de la détermination des paramètres hydrauliques, permet toutefois d'évaluer à 130 m la distance de sécurité à respecter pour protéger des contaminations les puits les plus proches de l'agglo- mération.
Nous proposons en conséquence la définition de périmètres de pro- tection que l'on trouvera décrits en détail au chapitre des conclusions.
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S O M M A I R E
Pages
RESUME I SOMMAIRE II INTRODUCTION 1 1 - SITUATION DES OUVRAGES 2 2 - PRODUCTIONS 3 3 - DONNEES GEOLOGIQUES ET HYDROGEOLOGIQUES 4
31 - Géologie 32 - Hydrogéologie
4 - VULNERABILITE DES NAPPES A LA POLLUTION 7 - Risques de pollution
. Pollutions chimiques
. Pollutions bactériologiques . Pollutions virales
5 - ALIMENTATION DES CAPTAGES PAR LA NAPPE ALLUVIALE 10 51 - Pourcentage d'alimentation
52 - Vitesse de filtration de l'eau
6 - CONCLUSIONS 13
Liste des figures
Fig. 1 - Essais de débit aux puits "SADE" N° 1 à 7
Fig. 2 - Graphique permettant l'évaluation du pourcentage du débit fourni par une limite d'alimentation
I N T R O D U C T I O N
La localisation des ouvrages alimentant en eau le district urbain d'Angers (puits en bordure de Loire et prise directe dans le fleuve) les rend assez fortement vulnérables aux pollutions.
Ce sont naturellement les pollutions accidentelles du fleuve lui- même que l'on est amené à craindre a priori, encore qu'il ne faille pas surestimer
ce danger. En effet d'une part la dilution de substances toxiques dans le débit de la Loire en diminue considérablement la nocivité ; d'autre part il est toujours loi- sible en cas d'accident d'interrompre momentanément des pompages pour laisser le temps à l'eau polluée de s'écouler en aval.
Plus insidieuse, plus difficile à constater et partant plus dangereuse à long terme serait la contamination du sous-sol de l'Ile au Bourg par des substances toxiques ou des effluents d'égoûts. Si en effet la majeure partie de l'eau pompée pro- vient, directement ou non, de la Loire, la nappe des alluvions de l'île est également sollicitée par les captages. La pollution de cette nappe compromettrait donc la quali- té de l'approvisionnement par les puits.
Le district urbain d'Angers a donc demandé au BRGM d'exécuter une étude des conditions d'alimentation des captages, afin de définir les périmètres de protection à observer pour en éviter la contamination par des substances toxiques et maintenir la qualité de l'eau dans des limites permettant un traitement efficace.
Le présent rapport rend compte des résultats de cette étude.
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1 - SITUATION DES OUVRAGES
Le District Urbain d'Angers exploite pour l'alimentation en eau de la ville d'Angers et de ses communes suburbaines (environ 170 000 habitants) une série de captages dans les alluvions distribués en bordure de Loire au Sud de l'Ile au Bourg (commune des Ponts-de-Cé).
Présentement, les ouvrages en activité se répartissent en trois grou- pes (voir situation sur planche en annexe) :
- trois puits Ranney à drains rayonnants : . puits 1962 à l'Ouest
. puits 1968 à l'Est
. puits 1972 au centre Ouest
Plus de la moitié de la longueur totale des drains s'enfonce sous le lit actuel de la Loire entre les niveaux 7 à 9,5 m NGF envi- ron.
- trois puits verticaux à barfcacanes exécutés en 1953 (B, C , D) - six puits verticaux à l'Est (puits 1, 2 , 3 , 4 , 7 , 8 ) .
Tous ces ouvrages sont situés à moins de 15 m de la berge en période d'étiage. Ils ont relayés 14 puits filtrants (PI à P14) mis en service en 1930 et aban- donnés eux-mêmes aujourd'hui, après les drains qui ont desservi la ville à l'origine.
Pour pallier le déficit estival de ces ouvrages, une prise directe en Loire d'une capacité de 40 000 m3/jour a été installée en 1974. Cette unité est prévue pour doubler sa production.
A 150 m Nord-Ouest, au plus près, du puits Ranney n° 1, la commune des Ponts-de-Cé prend en considération des projets actuels d'urbanisation en extension Nord-Est de l'agglomération, à savoir l'aménagement de la voirie et la construction de trois collectifs de petite et moyenne importance.
La nécessité de définir les mesures de protection à prendre pour pré- server les captages des contaminations est ainsi renforcée par l'établissement d'une zone résidentielle qui, quels que soient les soins apportés à sa réalisation, consti- tuera un foyer de pollution potentiel.
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2 - PRODUCTIONS
Les quelques chiffres suivants situent approximativement l'évolution de la production et des besoins en eau de la ville d'Angers et des 9 communes subur- baines rattachées au réseau, pendant les dernières décades.
A leur mise en service, les puits 1930 (PI à P14) pouvaient fournir jusqu'à 50 000 m^/jour (18.10^ m^/an) pour tomber dans les années 60 autour de 15 000 m3/jour en étiage.
L'adjonction des quatre puits verticaux à barbacanes en 1953 amenait la production globale à 57 000 m^/jour pour ces derniers plus environ 23 000 m3/jour pour les puits 1930, soit environ 80 000 m3/jour.
Malheureusement, la production des puits 1953 diminuait elle aussi avec le temps pour ne donner vers 1961 que 40 000 m-Vjour, soit au total avec les
puits 1930, 55 000 m3/jour alors que les besoins étaient de 60 000 m3/jour, dont 25 000 pour l'arrosage.
Actuellement, avec les trois puits à drains, si l'ensemble des systèmes captants dans la nappe assure largement les besoins en période hivernale, il en est au- trement en été et à 1'étiage comme le montre les estimations suivantes :
3 • 3
Production (m /j) Consommation (m /j) 1973-74 Hiver 110 000 60 000
110 000 90 000
Sur ces quantités, le puits Ranney n° 1, le seul proche de l'aggloméra- tion des Ponts-de-Cé, fournit des débits variables allant de 4 000 m-Vjour en étiage à plus de 35 à 45 000 m3/jour en période de hautes eaux.
Hiver Eté
Sept. Oct.
110 95 70
000 000 000
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3 - DONNEES GEOLOGIQUES ET HYDROGEOLOGIQUES
Les archives nous renseignent bien sur la nature géologique des ter- rains dans l'Ile au Bourg, plus particulièrement aux alentours des puits de captages.
Elles sont par contre muettes en ce qui concerne les caractéristiques hydrodynamiques de la nappe.
31 - Géologie (voir planche en annexe)
Les nombreux sondages de reconnaissance montrent les alluvions repo- sant sur un substratum schisteux imperméable légèrement et régulièrement pente Sud, du Bras de St Aubin vers la Loire. Le Bras de St Aubin ne correspond pas à un sur- creusement ancien de ce substratum qui aurait pu laisser subsister une barrière étan- che entre ce bras et la Loire. Les communications entre sa rive droite et la Loire sont donc possibles en toutes saisons.
Les alluvions, moins épaisses au Nord de l'Ile (4 à 7 m environ) qu'au Sud (11,5 à 14 m ) , sont formées de sables et limons plus ou moins argileux et perméa- bles pour leur partie supérieure, de 0 à 3,5 m d'épaisseur, surmontant des sables fins à moyens évoluant vers leur base à des sables et graviers. La limite entre ces deux derniers types de sable est parfois marqué par une couche de vase semi-perméable, dite
"jalle", rarement supérieure à 4 m et souvent même absente dans l'Ile. L'écran protec- teur qu'elle peut constituer fait par exemple presque totalement défaut autour du puits Ranney n° 1.
Les formations graveleuses de la base semblent se concentrer sous et aux abords du lit actuel de la Loire.
32 - Hydrogéologie
Les résultats des pompages réalisés à la mise en service de la plupart de ces ouvrages sont inexploitables pour la recherche des paramètres hydrodynamiques
• _ C _
essentiels de l'aquifère, à savoir la transmissivité et le coefficient d'emmagasine- ment**.
Quelques essais de débits effectués dans les puits 1 à 9 "SADE" à l'Est du puits Ranney n° 2 - 1968 (voir graphique de descente, figure 1) donnent cependant, dans le 1er palier de pompage de courte durée, des valeurs de transmissivité comprises entre 37 et 64 m ^ / h (moyenne 44 m ^ / h ) , donc cohérentes avec les transmissivités rencon- trées par ailleurs dans le Val d'Authion, soit 15 à 93 m 2 / h (moyenne 45 m 2 / h ) . Il s ' a - git donc de bonnes transmissivités moyennes.
Les hydrogrammes des essais effectués à l'emplacement du puits Ranney n° 1 - 1962 sont ininterprétables..
En l'absence de données plus précises nous baserons nos estimations ul- térieures sur la fourchette définie ci-dessus (T = 37 à 64 m 2 / h ) . En ce qui concerne le coefficient d'emmagas.inement des terrains (ou, ce qui revient à peu près au mime, leur porosité) nous l'estimerons, compte-tenu de ce que l'on sait généralement sur ce type de formations, à 5/15 %.
Nous avons par ailleurs dressé une carte piêzomètrique au 12/9/74 (voir planche en annexe), complétée par des mesures au 2 5 / 9 / 7 4 , montrant l'influence des pom- pages sur la nappe.
Cette carte montre une large zone d'appel mobilisant les eaux de l'Ile au Bourg vers les captages*** et dans laquelle est comprise la zone à urbaniser. Elle montre également une anomalie au niveau du sondage 5 près du Service des Eaux et du pont sur le Bras de St Aubin ; cette anomalie est très vraisemblablement due aux fui- tes importantes constatées dans la bache de reprise actuelle des eaux (près de 10 000 m3/jour lorsque celle-ci est maintenue à son niveau normal) et réinjectées dans les alluvions. Ces fuites augmentent le gradient hydraulique et par la même accélère le
"lessivage" des alluvions précisément au niveau de la zone à urbaniser.
• Produit de la perméabilité par la hauteur de l'aquifère.
• • Pourcentage de volume d'eau libérable pour un volume de terrain donné.
• • • Les lignes de courant sont perpendiculaires aux courbes isopièzes dans le sens de la plus grande pente.
ESSAIS DE DEBIT AUX PUITS "SADE" N" 1 A 7 0,00
3 4 5 6 7 8 9I03 18*
A 5 6 7 8 910*
t. min.
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4 - VULNERABILITE DE LA NAPPE DES ALLUVIONS
Les quelques sondages réalisés dans l'île même montrent une couche su- perficielle d'une épaisseur moyenne de 2 à 3 m constituée de sables et limons plus ou moins argileux. Cette couche semi-perméable ne peut former qu'un écran très imparfait pour les filtrations verticales. Cet écran n'existe plus sur la grève inondable où est implanté le puits Ranney n° 1.
Sous ces limons se trouvent les alluvions sablo-graveleuses très per- méables, donc vulnérables.
Risques de pollution
L'urbanisation d'un secteur augmente fatalement des risques de pollu- tion. Ces risques peuvent être :
Les risques d'une pollution de ce type sont très difficiles à évaluer du fait de l'extrême diversité des produits qui peuvent être manipulés. D ' a u - tre part certains peuvent subir une dégradation qui les rende inoffensifs, ou au con- traire plus dangereux. D'autres sont susceptibles d'être adsorbes par les argiles. Mais d'autres enfin se retrouvent intégralement après la traversée d'épaisseurs importantes de terrains.
Il y a lieu de distinguer parmi eux les produits miscibles à l'eau, donc transportés à la même vitesse que celle-ci et les produits non miscibles ou très faiblement tels que les hydrocarbures (fuels en particulier), piégés à la surface de la nappe. Les poches ainsi formées ne sont en effet que faiblement mobiles mais cer- tains produits de décomposition qui en résultent peuvent être très toxiques et miscibles à l'eau. Il suffit de savoir en outre qu'une partie pour 1 Million peut rendre une eau non potable.
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II est également difficile de définir avec précision l'épais- seur des terrains à traverser pour éliminer par simple filtration les risques de pollu- tion bactériologique. Actuellement on tend à raisonner en temps ; on admet en général qu'au bout de 50 jours la quasi totalité des bactéries pathogènes d'origine fécale a cessé de vivre. Connaissant alors la vitesse moyenne de l'écoulement souterrain, on peut en déduire la distance de protection à respecter.
Les connaissances à ce sujet sont insuffisantes. La résistan- ce des virus et leur longévité peuvent être très grandes. La filtration est sans effet ; seuls les phénomènes d1adsorption doivent permettre d'entraver leur diffusion.
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FIG. 2 Graphiqu» permettant l'évaluation du pourcentage du débit fourni par une limite d'alimentation
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5 - ALIMENTATION DES CAPTAGES PAR LA NAPPE ALLUVIALE
51 - Pourcentage d'alimentation
L'implantation des captages en bordure de Loire fait que leur alimenta- tion provient en majeure partie du fleuve lui-mime. Une certaine proportion de l'eau extraite est néanmoins fournie par la nappe alluviale, comme le montre la forme de la piézomètrie de cette nappe. Il est utile de chercher à chiffrer cette proportion. En effet une pollution en provenance des alluvions se trouvera diluée en fonction du rap- port des débits.
Theis a construit un abaque (voir figure 2) permettant d'estimer un tel rapport en fonction des caractéristiques du terrain aquifère et de la distance au fleuve. Il relie les fonctions :
»•%* « «-
où Qt est le débit provenant du fleuve Q " " " de la nappe d la distance du puits au fleuve t le temps de pompage
T et S les caractéristiques hydrauliques, transmissivité et coefficient d'emmagasi- nement, de 1'aquifère.
Pr étant d'autant plus grand que Ff est plus petit, nous chercherons à évaluer une valeur maximale de cette dernière grandeur. Nous nous placerons ainsi dans les conditions a priori les plus défavorables en ce qui concerne la dilution d'une éven- tuelle pollution des alluvions.
Pour cela nous prendrons les valeurs maximales admissibles de d et S, soit 20 m et 15 %, et les valeurs minimales admissibles de T et t, soit 37 m^/h et 24 h (cette dernière valeur pour tenir compte de ce que le pompage n'est pas continu au dé- bit maximal).
Alors Ff --22*2^15
= g>-4
4 x 37 x 24
L'examen de l'abaque montre que nous sortons de sa limite de lisibili- té. Tout ce que nous pouvons en déduire est que le pourcentage d'eau provenant des al- luvions est au plus égal à 10 t du débit total.
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li peut paraître utile, pour plus de sécurité, de doubler cette va- leur et d'estimer que le pourcentage d'eau reçu de la nappe est de l'ordre de 20 %.
Dans ces conditions la dilution d'une éventuelle pollution se fera dans un rapport de 5 (ou 10) à 1. C'est dire que la concentration en matières toxiques ou indésirables dans la nappe pourrait, à la limite, être 5 (ou 10) fois supérieure aux normes régle- mentaires sans que l'eau extraite des puits soit de ce fait impropre à la consommation.
Nota : Nous avons tenté d'évaluer le pourcentage d'eau en provenance des alluvions par une méthode différente, en nous basant sur la formule reliant le rabattement au débit. Cette façon de faire prête assez à la critique dans la mesure où, faute d'un pompage d'essai réalisé à cette fin, la détermination du rabattement et du débit sont, en exploitation normale, d'une précision peu satisfaisante. Le cal- cul donne néanmoins des résultats assez comparables à ceux fournis ci-dessus.
Nous ne pensons pas utile d'en donner ici le détail, mais nous le tenons cepen- dant à la disposition du lecteur.
52 - Vitesse de filtration de l'eau
La définition des mesures de protection suppose que l'on connaisse la vitesse à laquelle l'eau se déplace dans les alluvions en direction des puits. Il sera ainsi possible d'évaluer le temps de transmission d'une éventuelle pollution. Par ail- leurs dans le cas de polluants dégradables, et compte-tenu du temps nécessaire à leur dégradation, il sera ainsi possible de déterminer une distance de sécurité. Nous avons ainsi vu qu'il est convenu de prendre 50 jours comme durée de vie des bactéries d'ori- gine fécale.
La vitesse de filtration de l'eau est donnée par la formule : V = ki
où k est le coefficient de perméabilité de l'aquifëre i le gradient hydraulique (pente de la nappe)
Dans le cas qui nous occupe le gradient moyen mesuré à proximité de l'agglomération des Ponts~de-Cé est de 1 m pour 200 m , soit 5.10~3. Il est à noter qu'il s'agit là certainement d'une valeur maximale en raison du caractère particuliè- rement accusé de l'étiage 1974 et de la charge supplémentaire occasionnée par les fui- tes de la bâche du Service des Eaux.
La perméabilité, selon les données du paragraphe 32 est comprise entre 5 et 9 m / h .
Les valeurs extrêmes de la vitesse de filtration obtenues par la com- binaison de ces différentes valeurs sont :
V max. = 9 x 5.10~3 = 4 5 . 1 0 ~3 m / h = 1,08 m / j V min. = 5 x 5 . 1 0 "3 = 2 5 . 1 0 "3 m / h = 0,6 m / j
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II nous paraît raisonnable de tabler sur une vitesse moyenne de l'or- dre de 1 m/j . La distance de sécurité permettant l'élimination des bactéries fécales sera donc de 50 m. Et nous proposerons, par mesure de sécurité supplémentaire, de dou- bler cette distance. La longueur des drains Nord du puits 1962, le plus menacé a priori par la proximité de l'agglomération, étant de 32 m, c'est donc au total à 130 m envi- ron que nous évaluerons la distance de sécurité à respecter autour de cet ouvrage.
Dans le cas des autres captages il paraît logique d'employer les mê- mes critères et donc d'assurer aux puits à drains de 1968 et 1972 une protection de
130 m, et aux puits verticaux de 100 m seulement.
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6 - CONCLUSIONS
A l'étiage la nappe des alluvions de l'Ile au Bourg est entièrement dans la zone d'influence des puits. C'est dire que toute contamination du sous-sol de l'île est susceptible de venir à terme polluer l'eau extraite par ces ouvrages.
Il n'y a toutefois pas lieu de dramatiser cette situation. En effet d'u- ne part il s'agit là de conditions d'étiage, d'un étiage particulièrement marqué, et ac- centuées sans doute par l'injection accidentelle d'eau au niveau de la bache du service des eaux, d'autre part toute venue d'eau polluée de la nappe serait diluée dans la pro- portion de 1 à 5 ou 10 par le mélange avec l'eau de la Loire.
Il n'en reste pas moins que la protection des captages nécessite que l'on veille à empêcher toute contamination de la nappe, surtout à faible distance des ouvrages. En conséquence nous proposons l'établissement de périmètres de protection dé- finis comme suit :
Délimité par la berge de la Loire, des cercles de 130 m de rayon centrés sur les 3 puits à drains et les tangentes extérieures reliant ces cercles, et, dans le secteur des puits verticaux, une ligne tracée à 100 m de la berge de la Loi- re.
Dans ce périmètre, dont il serait souhaitable qu'il soit acquis en toute propriété, devront être interdits toute construction autre que celles nécessaires à l'exploitation des captages, toute canalisation souterraine destinée au transport d'un fluide autre que l'eau, tout pacage ou divagation d'animaux domestiques, tout épandage d'engrais, pesticides ou autre produit chimique utilisé en agriculture et a fortiori d'ordures ou déblais de quelque sorte que ce soit, toute extraction de matériaux.
Il nous paraîtrait utile en outre que le tracé de la berge soit rectifié dans la zone du puits 1962 pour éviter à l'étiage la stagnation d'eau au voisinage de cet ouvrage. L'accostage de bateaux et le déversement en Loire de tous produits devrait également être interdits sur la rive Sud de l'Ile au Bourg en amont du pont Dymnacus.
II devrait se confondre avec toute la superficie de l'Ile au Bourg. Y seraient interdits : la construction de fosses septiques, la réalisation
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de fosses à fuel enterrées sans protection spéciale (double cuve bétonnée avec espace de rétention), l'élevage industriel d'animaux, les épandages concentrés de fumier, purin ou lisiers et les rejets d'ordures ou de déchets divers. Y seraient réglementés, et éventuellement soumis à autorisation, les épandages d'engrais, pesticides et autres produits utilisés en agriculture, l'ouverture de carrières et l'extraction de matériaux, la réalisation de réseaux d'égoûts (avec définition de normes de construction).
- La définition d'un périmètre éloigné n'a, à notre avis, pas grande signification dans le cas d'ouvrages essentiellement alimentés par le fleuve. Les me- sures nécessaires pour empêcher la pollution de l'eau de la Loire sont à prendre à l'échelle de l'ensemble de son bassin, et non à celle de la protection de captages ponctuels. Dans la mesure où une pollution toxique se produisant aussi bien à 100 km en amont qu'à faible distance des puits d'Angers est susceptible d'en compromettre l'a- limentation, il nous paraît que toute définition précise ne pourrait qu'induire un sen- timent erroné de sécurité. En conséquence nous ne proposons pas de périmètre éloigné.
