Rapport d’expertise :

Aire d’alimentation du captage Grenelle de Bantheville BRGM/RP-59725-FR Mars 2011

Cadre de l’expertise :

Appuis aux administrations ❑ Appuis à la police de l’eau ☑

Date de réalisation de l’expertise : 07/03/2011

Localisation géographique du sujet de l’expertise : commune de Bantheville (55) – Lorraine

Auteurs BRGM : D. Nguyen-Thé, G. Fourniguet, T. Klinka, G. Demangeon

Demandeur : DDT 55

L’original du rapport muni des signatures du vérificateur et de l’approbateur est disponible aux archives du BRGM. Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2008. Ce rapport est le produit d’une expertise institutionnelle qui engage la responsabilité civile du BRGM.

Ce document a été vérifié et approuvé par :

Vérificateur : Nom : L. Vaute Date : 28/03/2011

Approbateur : Nom : D. Midot Date : 07/04/2011

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2008.

Mots clés : expertise – appui à la police de l’eau – aire d’alimentation de captage – calcaires du Jurassique supérieur – Sables verts de l’Albien – incertitude – Bantheville – département 55 – Lorraine.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

D. Nguyen-Thé, G. Fourniguet, T. Klinka, G. Demangeon (2011) – Aire d’alimentation du captage Grenelle de Bantheville. Rapport BRGM/RP-59725-FR., 16 p., 6 fig.

© BRGM, 2011, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

2 Rapport BRGM/RP-59725-FR Rapport d’expertise : Aire d’alimentation du captage Grenelle de Bantheville

Synthèse

Contexte :

Date de la formulation de la demande d’expertise au BRGM : 18/10/2010 Demandeur : Direction Départementale des Territoires de la (DDT 55) Nature de l’expertise : « Afin de confirmer définitivement l’aire d’alimentation du forage, en particulier vis-à-vis des agriculteurs exploitants sur le territoire, un second avis d’un hydrogéologue serait opportun. » Situation du sujet : commune de Bantheville (55), Lorraine Nature de l’intervention du BRGM : examen sur documents

Dossier examiné :

AMODIAG (2010) – Captage du SIAEP du Pays de Montfaucon d’Argonne : forage des Avis Fontaines (01115X0110), Aire n° 55011, Dossier de travail explicatif et cartographique. AERM, fiche n° 55011 du 02/02/2010, 18 p., 6 fig., 18 ph.

Autre documentation consultée :

Allemmoz M., Maïaux Cl. (1988) – Périmètres de protection, Propositions de l’hydrogéologue agréé, Forage de Cuisy et de Bantheville 135.2.203 et 238/111.5.110. SIVOM de Montfaucon, rapport BRGM SGR/LOR n° 88/6, 13 p., 4 fig., 7 ann. Caudron M. (2002) – Alimentation en eau potable du Syndicat des Eaux du Pays de Montfaucon d’Argonne, Définition des périmètres de protection du captage de Bantheville, Expertise de l’hydrogéologue agréé. Rapport d’hydrogéologue agréé, 14 p., 3 fig., 4 ann. Chalumeau G. (1973) – Syndicat des Eaux de Montfaucon, Détermination des périmètres de protection du forage de Bantheville (55), Enquête géologique réglementaire. Rapport BRGM SGR/NES n° 73/18, 8 p, 3 ann. Maïaux Cl. (1994) – Avis hydrogéologique sur les prescriptions émises pour la protection du forage AEP de Bantheville (Meuse), SIVOM de la région de Montfaucon. Rapport BRGM N 1149 LOR4S 94, 18 p., 14 ann.

Diagnostic et recommandations du BRGM :

L’aire d’alimentation du captage de Bantheville a été correctement délimitée par le bureau d’études AMODIAG, même si des omissions ou des erreurs ont été relevées dans sa fiche. De ce fait, les arguments de la délimitation sont discutés et étayés dans la présente expertise, afin de montrer que cette délimitation est en accord avec les recommandations de la méthodologie nationale relative aux aires d’alimentation des captages.

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Ainsi l’aire d’alimentation comprend toutes les formations aquifères sus-jacentes au Calcaire à Astartes qui vont du Kimméridgien à l’Albien. Pour prendre en compte le ruissellement sur ces terrains aquifères du Secondaire, l’aire d’alimentation est limitée à l’ouest et à l’est par les lignes de crête topographiques, et elle s’appuie au nord et au sud sur l’emprise du périmètre de protection éloignée du captage. Par contre, l’aire d’alimentation exclut la partie amont du bassin versant hydrologique de l’Andon. Au total, la superficie de l’aire est importante et fait 15 km2. Néanmoins sous certaines conditions hydrologiques ou hydrogéologiques, le forage de Bantheville pourrait être en partie alimenté par des eaux provenant de l’Andon ou de sa nappe alluviale d’accompagnement. Mais l’extension de l’aire d’alimentation à la partie amont du bassin versant de la rivière qui pourrait en résulter semble dans la pratique très contraignante. Afin de statuer sur l’éventualité d’une contribution de l’amont du bassin versant de l’Andon dans l’alimentation du captage de Bantheville, des méthodes isotopiques novatrices d’identification des sources des nitrates qui sont observés dans les eaux du captage pourraient, par exemple, être mises en œuvre.

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Sommaire

1. Contexte ...... 6

2. Situation du captage ...... 6

3. Dossier examiné ...... 6

4. Diagnostic ...... 7

5. Avis et recommandations ...... 10

6. Annexes ...... 11

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1. Contexte

Le comité de pilotage chargé de la mise en place des captages « Grenelle » souhaite faire expertiser la délimitation de l’aire d’alimentation du captage de Bantheville (55) qui a été réalisée par le bureau d’études (AMODIAG, 2010). A la demande de la Direction Départementale des Territoires de la Meuse, le Service géologique régional Lorraine a été sollicité dans le cadre de l’appui technique du BRGM à la police de l’eau, pour apporter un avis sur cette délimitation.

2. Situation du captage

Le captage d’alimentation en eau potable (AEP) de Bantheville est situé au sud de la commune dans la vallée de l’Andon, à mi-chemin entre le village de Bantheville et celui de Romagne-sous- Montfaucon. Sa localisation est précisée sur l’extrait de la carte topographique à l’échelle du 1/25 000e qui est présenté sur la figure 1 en annexe. La délimitation de l’aire d’alimentation du captage est également reportée sur la carte. La figure 2 en annexe permet de préciser le contexte géologique du captage. L’ouvrage d’eau se trouve à la limite des alluvions du ruisseau, qui reposent sur le Calcaire à Astartes j6b de l’Oxfordien supérieur. Au-dessus de ces derniers, sur les coteaux, sont aussi rencontrés successivement les Calcaires rocailleux à Rasenia cymodoce j7a, les Argiles à Exogyres inférieures j7b, les Calcaires blancs inférieurs j7c et les Marnes à Exogyres moyennes j8a du Kimméridgien, et les Sables verts n7a et les Argiles du Gault n7b de l’Albien. Le captage de Bantheville est un forage de 22 m de profondeur, dont la partie captante va de 12 à 22 m de profondeur. Il est référencé dans la Banque des données du Sous-Sol (BSS) sous le code national 01115X0110/F.

3. Dossier examiné

Dans la fiche du bureau d’études AMODIAG, il est indiqué que le forage exploite la nappe de l’Oxfordien supérieur, et que le mur de l’aquifère est constitué par le niveau marneux qui est situé à la base de l’étage de l’Oxfordien supérieur. La nappe d’eau souterraine est libre sur le plateau et les versants, tandis que dans la vallée sous les alluvions et colluvions, en hautes eaux, elle est captive. Il est aussi précisé que les alluvions et colluvions sont traversables par la nappe dans les zones plus perméables comme l’exsurgence du gouffre des Avies (précision reprise de Maïaux, 1994). Une carte représentant les directions des écoulements souterrains est présentée. Elle reprend manifestement et approximativement les deux directions principales des écoulements qui ont été déterminées sur une carte piézométrique locale (Maïaux, 1994). D’autres directions « d’écoulement local de la nappe à proximité des axes de drainage secondaires » sont aussi représentées.

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L’aire d’alimentation du forage de Bantheville est délimitée à partir de ces directions des écoulements souterrains, en considérant la topographie du secteur, et en tenant compte des périmètres des protections rapprochée et éloignée du captage. La surface de l’aire fait 15 km2. Le bilan hydrologique est effectué et permet d’aboutir à une surface contributive de 77 ha. La différence importante entre les deux superficies est justifiée dans la fiche par l’existence du ruissellement et par la karstification de l’aquifère sollicité.

4. Diagnostic

Il est mentionné dans la fiche que les formations géologiques aquifères du Kimméridgien et de l’Albien donnent « naissance à des sources perchées dont l’eau se ré-infiltre dans les calcaires sous-jacents » de l’Oxfordien supérieur. Ce point a été initialement développé par Caudron (2002). On constate effectivement qu’il existe presque 30 sources dans l’aire d’alimentation, qui sourdent à flanc de coteau au-dessus du Calcaire à Astartes de l’Oxfordien supérieur. Certaines sont éloignées de tout ruisseau, si bien qu’il n’est pas exclu qu’une partie de leurs eaux, après avoir ruisselé, s’infiltre dans une des formations aquifères qui affleurent en dessous, et notamment dans celle de l’Oxfordien supérieur. L’aire d’alimentation doit ainsi inclure les formations aquifères sus- jacentes au Calcaire à Astartes. AMODIAG propose aussi dans sa fiche d’étendre l’aire d’alimentation aux lignes de crête topographiques qui sont rencontrées de part et d’autre de la vallée de l’Andon vers l’Est et l’Ouest. Il faut ajouter, pour expliquer l’intérêt de cette proposition, que les eaux qui ruissellent sur le bassin hydrologique ainsi défini peuvent théoriquement s’infiltrer dans le Calcaire à Astartes qui affleure au bas des versants. Les eaux de ruissellement qui contribuent à alimenter la ressource en eau exploitée sont ainsi prises en compte, conformément au guide méthodologique sur la délimitation des bassins d’alimentation des captages et la cartographie de leur vulnérabilité vis-à-vis des pollutions diffuses (rapport BRGM/RP-55874-FR). Au nord, l’aire d’alimentation est étendue suffisamment par le bureau d’études pour contenir les périmètres des protections rapprochée et éloignée du captage. Puis l’aire est prolongée vers l’Est et vers l’Ouest en suivant des lignes de crête topographiques pour tenir compte du ruissellement. Ces périmètres ont été définis en considérant un éloignement par rapport au forage inférieur au rayon d’action de celui-ci (Caudron, 2002). Il faut noter que le calcul du rayon d’action a été effectué en 2002 en employant une formule dont les conditions d’utilisation n’étaient pas complètement remplies. En particulier, le prélèvement réalisé au forage de Bantheville n’était pas le seul exutoire de la nappe étudiée. Compte tenu de la complexité de la géométrie du système, cette estimation de l’isochrone de 50 jours pour définir les périmètres de protection n’était ainsi que très approximative. Enfin au sud, le bureau d’études a encore souhaité que l’aire d’alimentation contienne entièrement le périmètre de protection éloignée, et il l’a même étendue jusqu’à la première ligne de crête topographique rencontrée pour prendre en compte le ruissellement.

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Concernant l’Andon, le bureau d’études indique dans un premier temps que l’alimentation du captage provient entre autres « d’éventuelles pertes de la rivière au droit de zones perméables de son lit, venant ensuite réalimenter la nappe souterraine ». Mais dans un deuxième temps, il ajoute que la participation des écoulements superficiels dans l’alimentation du captage est mineure, c’est- à-dire que le bassin versant du cours d’eau ne doit pas être pris dans son intégralité. Le bureau d’études justifie son point de vue en indiquant qu’il faut comparer le débit d’exploitation du forage au débit de la source du gouffre des Avies, ce qui n’est cependant pas suffisamment explicite et nécessite davantage d’explications : - Cette source est située à environ 40 m à l’ouest du captage et est référencée en BSS sous le code 01115X0044/HY. La seule valeur disponible de son débit est de 5,5 L/s, soit presque 20 m3/h (débit estimé le 12/10/1965). Cette source est une exsurgence du Calcaire à Astartes au travers des alluvions de l’Andon. Elle illustre le caractère captif de la nappe au droit de la vallée (confer la partie 3), et la configuration classique du drainage d’une nappe de coteau par sa vallée (par les alluvions de celles-ci et/ou par son cours d’eau). - Il semblerait que les formations calcaires du Jurassique supérieur puissent être karstifiées dans le secteur de Bantheville, si on se réfère à la feuille géologique n° 111 de et à sa notice. La présence d’un gouffre est indiquée au sud-est de dans les Calcaires rocailleux à Rasenia cymodoce du Kimméridgien, et une perte de l’Andon est suspectée vers l’aval à , où les calcaires argovo-rauraciens affleurent. Le gouffre des Avies pourrait être un autre indice de la karstification des calcaires. Pour le confirmer, il faudrait par exemple disposer d’un hydrogramme de la source du gouffre et vérifier que celui-ci serait caractéristique d’un régime karstique. Les eaux de l’Andon ou de sa nappe d’accompagnement pourraient aussi éventuellement, en période de basses eaux des nappes des coteaux, s’infiltrer dans les calcaires jurassiques selon Caudron (2002). Cette hypothèse pourrait s’avérer être juste dans le cas de l’existence d’un karst fonctionnel, tout comme cela est pressenti au droit de la perte présumée de l’Andon à Aincreville. Une chronique de débit de la source permettrait également de le vérifier. - Un essai par pompages a été réalisé en 1972 au forage de Bantheville et dans un piézomètre voisin situé à environ 18 m du forage. Une valeur de perméabilité de l’ordre de 7.10-5 m/s en a été tirée (Chalumeau, 1973). Le bordereau des résultats de l’essai a été consigné en BSS et nous avons retranscrit ces résultats sur le graphique de la figure 3 située en annexe. Nous avons tenté de refaire le dépouillement de l’essai à l’aide du logiciel WinISAPE dans l’espoir d’apporter des précisions sur le contexte hydrogéologique du forage. Il s’avère qu’il existe des pertes de charge très importantes au forage de pratiquement 10 m, et qu’il est difficile d’ajuster correctement un modèle théorique (Theis, Gringarten, Hantush…) sur les données du rabattement au puits et au piézomètre. Notre interprétation abouti finalement à une transmissivité de l’ordre de 10-3 m2/s, ce qui pour une épaisseur mouillée de l’aquifère de l’Oxfordien supérieur de quelques dizaines de mètres correspondrait à une perméabilité de l’ordre de 10-4 m/s (soit un ordre de grandeur supérieur à la valeur trouvée par le passé). - Le rabattement se stabilisant, il semblerait qu’il existe une limite de réalimentation de la nappe qui serait située à environ 20 m du forage, comme cela avait été envisagé par Allemmoz (1988). Cette limite pourrait évidemment correspondre à la source du gouffre des Avies. Plus précisément, cela pourrait être la mise en évidence d’une fracture ou diaclase ouverte qui drainerait la nappe du Calcaire à Astartes et alimenterait la source du gouffre, sans pour autant que la source ne soit obligatoirement rattachée à un système karstique. Cependant la prise en compte d’une limite de réalimentation dans les calculs apparaît facultative puisqu’elle n’améliore pas le calage des modèles. En fait, il pourrait même exister un retard d’alimentation correspondant à une possible contribution de la nappe alluviale par drainance. Cela signifierait que la nappe du Calcaire à Astartes serait semi-

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captive et non captive sous la base des alluvions, c’est-à-dire que la base des alluvions serait un semi-perméable et non un imperméable. - On remarque que le débit de la source mesuré à presque 20 m3/h est inférieur au débit d’exploitation du forage qui est de 25 à 30 m3/h, selon les documents consultés. Pendant les pompages au forage, la source pourrait donc se tarir, remettant en cause régulièrement l’état captif ou semi-captif de la nappe de l’Oxfordien supérieur sous la formation alluviale. Une alimentation régulière du forage par la nappe des alluvions ne peut ainsi être totalement écartée. Aucune observation de l’état de la source n’a malencontreusement été retranscrite sur le bordereau des résultats l’essai de débit de 1972. - La chronique des précipitations de l’année 1965, que nous avons représentée sur la figure 4 en annexe à partir des données du bulletin pluviométrique mensuel édité en 1967 par le Ministère des Transports, permet de resituer cette valeur du débit de la source. L’année 1965 a été pluvieuse, mais l’on constate aussi que le mois précédant la mesure du débit était moins pluvieux que la majorité de l’année. La dernière pluie avant la mesure est ainsi survenue le 2 octobre, c’est-à-dire 10 jours avant la mesure du débit (cf. la figure 5). Cela laisse à penser que la mesure du débit, relativement importante, du 12 octobre est probablement survenue alors que la source était déjà en décrue et ainsi que le débit mesuré ne représente pas une valeur maximale du débit de la source. - A notre demande, Monsieur le Maire de Bantheville a constaté le 16/03/11 au matin que le trop-plein du gouffre était actif, alors que le forage était en exploitation. Le Syndicat des Eaux du Pays de Montfaucon d’Argonne nous a confirmé que le forage était exploité en fin de journée et surtout la nuit. Cela signifie que l’observation a été faite à la fin d’un cycle de pompage, soit quand l’incidence du pompage pratiqué au forage était maximale. A ce moment la source restait donc pérenne. - Actuellement la pluviosité régionale est faible, ce qui se traduit par des baisses des niveaux des nappes. Les fluctuations du niveau de la nappe de l’Oxfordien qui sont connues à Cléry-Grand vers l’aval de l’Andon (figure 6 en annexe) le confirment puisqu’elles correspondent à la date du 16/03/11 à une courbe de décharge. On peut ainsi ajouter que, même en régime de décrue, la source du gouffre des Avies peut être pérenne lorsque le forage de Bantheville est en exploitation.

De toutes ces remarques il ressort que l’exploitation du forage d’alimentation en eau potable de Bantheville ne remet pas en cause, en permanence, le fait que la nappe du Calcaire à Astartes soit drainée par l’Andon et sa nappe alluviale d’accompagnement. Cela justifie, pour partie, la limitation de l’aire d’alimentation du captage aux coteaux, sans la prise en compte de la nappe alluviale ni du bassin versant hydrologique de l’Andon. Il demeure néanmoins une incertitude sur la possibilité qu’une partie des eaux de l’Andon ou de sa nappe alluviale d’accompagnement puissent aboutir au forage de Bantheville en période de tarissement de la source des Avies. Par ailleurs, Monsieur le Maire de Bantheville nous a signalé que des aménagements récents avaient modifié la configuration du réseau hydrographique, ce qui pourrait renforcer cette possibilité : un fossé provenant de l’Andon au sud et passant sur le gouffre a été mis en place pour permettre la régulation du niveau du cours d’eau. En d’autres termes l’aire d’alimentation du forage pourrait encore voir sa superficie agrandie pour être étendue au bassin versant amont de l’Andon, tout comme la première définition du périmètre de protection éloignée l’avait été (voir Allemmoz, 1988). Cette option semble dans la pratique difficile à mettre en place car elle est très contraignante.

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Pour terminer le diagnostic de la fiche AMPODIAG, ajoutons que le calcul du bilan hydrologique qui est présenté dans la fiche est erroné puisqu’il ne fait pas appel à la réserve utile du sol. Le calcul s’avère même superflu étant donné que le résultat de la pluie efficace est ensuite partagé arbitrairement entre une part de ruissellement et une part d’infiltration. Si l’emploi par le bureau d’études d’un taux de partage de 30/70 % ne peut être remis en cause, il apparaît cependant que l’infiltration aurait pu être déterminée tout aussi bien en considérant qu’elle représentait un certain pourcentage de la pluie, comme il est usuel de le faire dans la pratique. Plus loin dans la fiche, le calcul de la surface contributive, fait en prenant un débit de pompage de 30 m3/h, qui aboutit à une valeur de 77 ha, est juste (même si le résultat exprimé en m2 comporte une faute de frappe et est dix fois plus petit). La justification du différentiel de surface entre la délimitation de l’aire et le bilan hydrologique semble fondée. En effet, le bassin versant hydrologique situé sur les coteaux d’âge Secondaire est vaste et l’eau qui y ruisselle peut bien participer à l’alimentation de la ressource en eau qui est exploitée par le captage. De plus, le fait que les calcaires soient peut-être karstifiés fait qu’ils pourraient être parcourus d’un réseau de drains très important pouvant s’étendre bien plus que sur plusieurs dizaines d’hectares.

5. Avis et recommandations

Au vu des informations mises à disposition par l’Administration et des éléments complémentaires retrouvés en BSS, l’aire d’alimentation du captage de Bantheville proposée par le bureau d’études AMODIAG paraît adaptée d’un point de vue pragmatique. Elle couvre 15 km2, s’étend sur les coteaux calcaires et sableux pour prendre en compte les nappes perchées des formations aquifères d’âge Secondaire, mais exclut l’Andon et sa nappe alluviale d’accompagnement. Il est toutefois possible que la rivière et sa nappe participent à l’alimentation du captage de Bantheville. Cette éventualité ne peut être écartée dans le cadre de la recherche de l’origine des nitrates qui sont observés dans les eaux captées au forage de Bantheville. Afin de lever l’incertitude concernant le risque d’alimentation du captage par le bassin versant amont de l’Andon, une étude basée sur la mise en œuvre de méthodes isotopiques originales pourrait être menée.

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6. Annexes

Figure 1 : Délimitation de l’aire d’alimentation du captage (sur fond topographique).

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Figure 2 : Délimitation de l’aire d’alimentation du captage (sur fond géologique).

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16 43

Forage 14 42 Piézomètre

12 41

10 40 /h) 3 8 39

6 38 Débit (m Rabattement (m) 4 37

2 36

0 35 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 Temps (s)

Figure 3 : Essai par pompage des 22 et 23 juin 1972.

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220 1100

200

180 900

160 700 140

120 500 100

80

300 (mm) Cumul 60

40 100

20 Précipitations mensuelles (mm)

0 -100

r il i n e e vr ui re A Ma J b Mars Juillet Août Févri tem ctobre Janvier p O Se Novembr Décembre

Figure 4 : Pluviométrie de l’année 1965 à la station de Varennes-en-Argonne.

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16

14

12

10

8

6 Mesure du débit de la source 4

2 Précipitations quotidiennes (mm)

0

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 / / / / / / / / / / / / / / / / / / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 / / / / / / / / / / / /

1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2

1 1 1

Figure 5 : Pluviométrie à la station de Varennes-en-Argonne durant le mois précédant la mesure du débit de la source du gouffre des Avies en 1965.

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185

180

16/03/11 Niveau piézométrique (m) piézométrique Niveau

175 2007 2008 2009 2010 2011

Figure 6 : Limnigramme de la nappe de l’Oxfordien à Cléry-Grand au piézomètre de code BSS 01116X0138/F1 (ouvrage du méta-réseau de surveillance de l’état quantitatif des eaux souterraines du bassin Meuse).

16 Rapport BRGM/RP-59725-FR Rapport d’expertise : Aire d’alimentation du captage Grenelle de Bantheville

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