Le Premier Menacé, L'aquifère Oxfordien Du Nord De La Haute-Marne Et Du Sud De La Meuse

Conséquences si le projet de Bure passe :

Le premier menacé, L'aquifère Oxfordien du Nord de la Haute-Marne et du Sud de la Meuse

Qu'est-ce que la transmissivité,T, et la perméabilités, K ? A partir du moment où l'on parle d'une roche aquifère (= "qui porte de l'eau"), ce sont ses propriétés à libérer de l'eau qui intéressent. La perméabilité, K, aussi appelée conductivité hydraulique, traduit l'aisance avec laquelle l'eau s'écoule dans un milieu poreux. Son unité est le m/s. La transmissivité, T, est cette perméabilité multipliée par l'épaisseur concernée, e. On a T = K % e d'où son unité : m/s % m = m2/s. C'est la transmissivité que l'on obtient par une mesure de pompage dans un forage. Elle témoigne de la productivité potentielle de l'endroit (puisque celle-ci dépend évidemment de l'épaisseur productrice). Mais pour comparer les caractéristiques de deux roches ou de deux endroits dans une même roche, il faut se débarrasser du facteur épaisseur et on utilise alors la perméabilité. Suivant le contexte on utilise l'un ou l'autre (la traduction est immédiate si l'on connaît e). Les valeurs retenues en modèles par l'agence nucléaire Les mesures de transmissivité des premiers forages de l'agence nucléaire ont été basses (2,9 10-7 à 1,9 10-6 m2/s à Cirfontaines, Morley et Bure) et l'agence en a de suite fait une généralisation régionale (AND3). Sur le site de Bure, la perméabilité K (= T'e) culminait à 1,47 10-7 m/s sur 13m entre #172 et #159m de profondeur, milieu de L2c, au EST203, et dépasse un peu 2 10-8 m/s sur 13m entre #309 et #296m au même endroit (L1a) de même qu'entre #290,5 et #280,5m de profondeur (L1a) au EST201 de l'autre coté du site (AND2 t.3 fig. 5.1-02). Il est écrit que lors du creusement de un puits dans cette zone, le débit global pour l'Oxfordien est "de plusieurs dizaines de litres par minutes", soit de l'ordre de 70 m3/jour (AND9 II p. 215; auxquels s'ajoute indépendamment l'eau produite par le Kimméridgien au dessus). La où les valeurs adoptées par l'agence en modélisation ne sont pas très claires : K=10-8 m/s (AND9 II p. 215) où (pour la partie haute ?) 3 10-8 m/s (AND9 III p. 259). En 2002 : "Le modèle final proposé utilise donc des transmissivités faibles dans la zone du site, sur une zone d'extension de l'ordre de 20 km, de forme initialement circulaire, puis ultérieurement en une bande parallèle aux affleurements." (CNE 2002, 8èr, p. 45). Ce membre de la CNE exprimait clairement son scepticisme : "...la Commission s'interroge sur la plausibilité des temps de parcours calculés par l'ANDRA tant pour l'aquifère de l'Oxfordien que ceux du Dogger, qui sont de l'ordre de 800 000 ans pour l'exutoire Marne de l'Oxfordien et de 21 millions d'années pour l'exutoire Dogger dans la région de Toul." (CNE 2002, 8èr p. 46). En 2005, il y a eu bouleversement total dans les "exutoires" qui ont été beaucoup rapprochés de la zone d'enfouissement envisagée, mais selon l'agence, ça ne coule pas plus vite : "l'Andra estime que les temps de transfert des radionucléides au sein des aquifères, entre le moment où ils arrivent en diffusant depuis la couche hôte, jusqu'au moment où ils se retrouvent dans les exutoires, sont de l'ordre du million d'années. Ces chiffres apparaissent pour l'instant élevés à la Commission qui attend de recevoir communication des derniers travaux de modélisation de l'Andra sur ce sujet." (CNE 11è rapport écrit en mai 2005, p. 51). Les données régionales Presque tous les forages pétroliers disponibles avant l'arrivée de l'ANDRA à Bure avaient trouvé au contraire une partie de l'Oxfordien très bonne productrice: à Lezéville, à moins de 7 km au S- SE de Bure, sa partie inférieure, et à Chevillon et Bienville, 17 km et 23 km à l'O#NO, sa partie 2

supérieure (perte totale des fluides de forage injectés; mais pas de test hydraulique de quantification, cette couche n'intéressant pas les pétroliers; Eurafrep 1986 et 1989). C'est la raison pour laquelle un petit forage d'investigation hydrogéologique est refait à Lezéville en 1990. La transmissivité y est estimée entre 6,5 et 9,2 10-4 m2/s dans le haut de l'Oxfordien (ConsGéné52 1998, p.7). On refore pour la commune au même endroit en 1993, c'est la dernière année calme précédant l'arrivée de l'ANDRA, et le rapport estime la transmissivité aux environs de 1 10-3 m2/s (ConsGéné52 1998, p.5). C'est au moins mille fois plus que la valeur retenue dans les modèles de l'agence sur une 20aine de kilomètres, alors que Lezéville est qu'à 7 km du site... L'Oxfordien est également exploité pour l'eau potable à Gondrecourt (AND2 t.2 tab. 4.2-02). Il est bien connu que la transmissivité de ces aquifères calcaires n'est pas régulière comme elle peut l'être dans les sables/grès. Il s'agit d'une perméabilité dite "en grand" (Hilly & Haguenauer 1979, p. 28) et les résultats ponctuels doivent être relativisés. Dans la plupart des forages "régionaux" (plus écartés du site) réalisés en 2003, la transmissivité a été trouvée plus élevée que dans les premiers forages de l'agence. A Effincourt 8 km plein Ouest de Bure (EST351) elle est cinq fois plus élevée (5 10-6 m2/s; la perméabilité entre #397 et #401 m est K=1,45 10-6 m/s), à Demange-aux-eaux à 14 km au N-E de Bure elle est 10 fois plus élevée (1,6 10-5 m2/s) et à Montreuil-sur-Thonnance, à 9 km Ouest#Sud-Ouest, (aval hydraulique de Bure avec Effincourt), comme à Lezéville, elle est quelques milliers de fois plus élevée (3 10-3 m2/s; AND6 vol.1 tab.7-2) atteignant et dépassant presque celle des sables verts exploités sous Paris (qui est comprise entre 4 10-4 et 5 10-3 m2/s; Raoult et al. 1998). La perméabilité, K, du niveau #386 à #389m sous Montreuil-sur-Thonnance est de 3,1 10-4 m/s (AND6 vol. 1 tab. 5-17 p. 127). Les deux types de perméabilité des roches calcaires Dans les calcaires, les porosité et perméabilité sont de deux types, celle dite de matrice sur de longues étendues horizontales, celle dite de fissures ou de plans de discontinuité, qui assurent souvent une connexion verticale. a) Les porosité et perméabilité de matrice Dans une grande partie inférieure de l'Oxfordien (dés l'extrême base de L1, 58 m au dessus du Callovo-Oxfordien avec le niveau calcaire peu poreux C3 entre les deux), la roche est poreuse. Il s'agit de niveaux crayeux sur toute la zone Demange-aux-eaux, Morley, Bure, Cirfontaines-en-ornois et Lezéville. Sur le site ont été défini 4 niveaux poreux (Hp1 à Hp4). Ces Hp1-4 sont presque en continu sur une puissance de 80 mètres (AND2 t.3, fig. 5.1-04). AND11 (chap. 16 p. 83) distingue Hp1a, Hp1b, Hp2, Hp3a, Hp3b et Hp4. Les "test de pompage 2000 ont conduit à identifier pour l'Oxfordien calcaire entre 11 et 31 venues d'eau dans chacun des quatre forages. Ces venues sont soit ponctuelles soit "étendues"..." (AND6 p. 28). Dans le EST201 (sur le site) par exemple "Environ 70 % de la production sont fournis par des venues d'eau rapprochées situées dans les horizons Hp1 à Hp4.." (AND6 p. 28). Il y a passage à un faciès à oolithes non cimenté vers l'Ouest, zone d'Effincourt et Montreuil-sur- Thonnance, où la porosité de L1 est dite être liée à une dolomitisation poussée (AND6 vol.1 p. 87, 101). Dans la partie haute de l'Oxfordien (milieu de L2c) se trouve un niveau oolithique non consolidé bon producteur à Demange-aux-eaux qui est aussi le niveau le plus perméable à Bure. A Morley ce même milieu de L2c (dit Hp7) a été re-échantillonné (AND6, vol. 1 p. 140, vol. 2 fig. 5-20). Stratigraphiquement, c'est le sommet de "l'oolithe de Lamotte", séquanien sup. (AND2 t. 3 fig. 1.1-04). Sur le site, en partie haute ont été défini Hp5 à Hp7. Le dit Hp5, épais de 15 mètres, se situe 60 mètres plus bas que le dit Hp7. Il n'existe qu'un espace dit "inter poreux" de 40 m entre le haut du dit Hp4 et le bas du dit Hp5. Il y a 70 m entre la base de Hp5 et le sommet de Hp7 (AND2 t. 3 fig. 5.1-04). En 2004, il est conclut : "Le niveau Hp7 est un niveau d'importance à l'échelle du secteur... sa continuité est assurée (...) Le niveau HP5 présente les mêmes caractéristiques que HP7.." (AND6 vol. 1 p. 27). A Montreuil-sur-Thonnance (EST321/322), il y a une autre belle venue d'eau à la limite L1b-L2a (AND6, vol2, fig. 5-8). C'est plus bas que le Hp5 défini sur le site. Le sigle Hp vient de Horizons poreux. L'aquifère Oxfordien du Nord Haute-Marne#Sud- Meuse est donc en grande partie poreux dans la région de Bure. Ces niveaux "Hp" sont des coupures 3

arbitraires lorsque la porosité dépasse 18% (AND4 p. 62), et ne sont pas exclusifs. "Toutefois, le fait que plusieurs venues d'eau aient été détectées entre les horizons poreux montre que le rôle hydraulique de ces derniers n'est pas exclusif et que des niveaux producteurs peuvent exister localement entre les horizons poreux." (AND2 t.3 V p. 6). Sous L1, C3b est compact (par opposition à poreux) mais sa partie supérieure peut être très légèrement poreuse; AND6 vol. 2 fig. 4-29). b) Les porosités et perméabilités de fissures ou de plans de discontinuité Une roche "fragile" (=cassante) comporte des joints qui peuvent s'étendre sur des dizaines de mètres verticalement. Ainsi en creusant : "Les structures dominantes sont constituées par des joints de type diaclase qui représentent plus de 80% des mesures dans le puits d'accès et près de 75% dans le puits auxilliaire. Ces joints subverticaux montrent une grande homogénéité directionnelle avec une direction principale N150-160°E associée à une direction secondaire N60-N80°E." (AND4 p. 278). "La faible fracturation ouverte mise en évidence lors du suivi du creusement des puits d'accès (une seule structure productrice observée, de hauteur décamétrique, avec un faible débit - quelques 10-2 l/mn..." (AND9 II p. 152). Ces fractures ne pouvaient sûrement pas être suivies hydrauliquement bien longtemps puisqu'un revêtement était sûrement rapidement mis en place à l'avancée. Les puits ayant à peine excavé l'horizon Hp5 : "le rabattement démarre doucement pour l'ensemble des horizons poreux Hp1 à Hp4 bien qu'ils ne soient pas encore atteints par les puits." (AND4, p. 276; le suivit hydraulique est fait sur forages d'observation autour des puits en creusement). D'où la conclusion pour l'Oxfordien : "cette microfracturation semble suffisante pour permettre une continuité hydraulique transmettant la charge sur l'ensemble des horizons poreux." (AND9 II p. 160). De courtes diaclases/fractures ouvertes ont été observées aussi à Montreuil-sur-Thonnance et Effincourt. Leur forte présence était connue à Lezéville. Des connexions verticales rapides très probables, ont pu être mises en évidence aussi aux deux endroits où il y avait deux forages se côtoyant : Ÿ A Lezéville à moins de 7 km au Sud#S-E de Bure, l'Oxfordien est producteur surtout tout à la base entre 351 et 303m de profondeur dans le forage pétrolier LZV1, c'est à dire sur toute l'épaisseur de C3a+b, alors qu'au forage "F97" où il est présentement exploité pour l'eau potable, et situé à seulement 56 mètres du LZV1, il est producteur surtout tout en haut de l'Oxfordien entre 150 et 100m de profondeur, soit 200m plus haut ! (Coparex 1979; ConsGéné52 1998). Ÿ A Montreuil-sur-Thonnance, à 9 km Ouest#Sud-Ouest de Bure et proche de Joinville, la venue d'eau la plus grosse est vers #389 à 410m, qui est (à la fois) un niveau poreux, dans le forage EST321 alors que la plus grosse venue d'eau est à #296 m, 100m plus haut, dans le EST322 qui est à... 12 mètres (12 enjambées) du précèdent ! (AND6 vol.1 p. 46, 104 et 128). "lors de la phase de carottage du forage EST322, distant d'une dizaine de mètres de EST321, il y a eu injection en perte de boues et consécutivement contamination probable du forage EST321" (AND6 vol. 1 p. 146, les mots soulignés le sont dans le rapport).

Convection/advection pourquoi l'eau est-elle toujours en déplacement ?

La formule de base : la loi de Darcy Mouvement convectif ou advectif sont des expressions employées pour signifier que l'eau souterraine se déplace, et avec elle les éléments qu'elle contient en solution ou en suspension. Cette expression se place en opposition à une migration qui existe aussi, par diffusion, des éléments dissous ou en suspension, dans quel cas on raisonne généralement par simplicité sur la base d'une eau qui est immobile (mais la diffusion se produit aussi dans l'eau en mouvement). Le moteur de l'écoulement de l'eau est ce qu'on appelle la différence de charge hydraulique, Wh, par exemple entre Bathonien et Oxfordien ou entre deux points de l'Oxfordien ou entre deux points du Bathonien. La charge hydraulique, h, également appelée hauteur piézométrique est tout simplement la 4 pression visualisée comme la hauteur d'une colonne d'eau à l'endroit considéré, en mètres (i.e le "U" des vases communiquants tout simplement) C'est la très simple loi du chevalier Henri Darcy établie en 1856 sur les colonnes de sable des fontaines de Dijon. Il faut bien sûr rapporter cette différence à la longueur du trajet parcouru, H, et voilà défini le gradient hydraulique i = Wh/H (donc en mètre/mètre). La loi de Darcy qui donne une vitesse apparente d'écoulement de l'eau, q (m/s), s'écrit le plus simplement du monde : q = K i. K est le coefficient de perméabilité ou conductivité hydraulique. Des deux paramètres K et i, c'est K qui présente la plus grande amplitude de variation. Le paramètre K est connu en physique pour être l'un des rares dont l'intervalle de variation est de 13 ordres de grandeur. Des petites causes entraînent de fortes variations de K et donc de vitesse de Darcy. La plus belle illustration en est la "zone fracturée" dans une argilite où, simplement parce qu'on a creusé à proximité, la perméabilité peut être accrue de 107 c'est à dire d'un facteur 10 millions. Une précision doit être faite. Dans une manip, la vitesse de Darcy est calculée en divisant la décharge (Q, c'est des m3/s) récupérée dans un récipient par la section d'écoulement (A, en m2, par exemple le diamètre du cylindre de sable dans lequel l'eau coule).

H Q

Q Dh =qK==Ki (1) A H La célèbre vitesse de Darcy est donc en fait définie comme si la surface totale était offerte à l'écoulement. "Cette vitesse de Darcy est malheureusement la seule que l'on puisse atteindre macroscopiquement par le biais de la perméabilité." (de Marsily 1981, p. 171). Car la section d'écoulement est bien sûr constituée pour partie de roche solide, pour partie de vides où l'eau peut circuler. La vitesse de Darcy q n'est donc pas la vitesse moyenne réelle de l'eau dans les interstices mais une vitesse fictive (qui se trouve être utile et suffisante pour la modélisation des flux). La "section-eau" est bien inférieure. On écrit alors Q = Aeau % vr, où vr est la vitesse moyenne du profil de vitesse réelle le long de l'axe d'écoulement (en m/s). Et on peut montrer que q = vh n, où n est la porosité. La vitesse réelle moyenne d'écoulement de l'eau est donc obtenue par une formule qui reste particulièrement simple : Ki v = (2) r n Il faut distinguer qu'au sein de la loi de Darcy il y a deux grandeurs physiques différentes :

"- le déplacement physique des molécules d'eau dans les terrains, généralement lent [c'est vr], - la transmission des gradients de charge ou de pression qui peut être très rapide d'un bout à l'autre de l'aquifère." (Detay, M. 1997, p. 33). Que l'on se souvienne du tsunami de l'océan indien (cependant la transmission des charges n'est tout de même pas aussi rapide sous terre, à cause de l'interférence avec le squelette solide). C'est à cause de cette transmission plus rapide des gradients de charge qu'il est important de connaître les conditions aux limites d'un aquifère, même si elles semblent être très distantes. 5

Et où va celle qui passe sous Bure ? Il faut donc connaître la répartition des valeurs des charges hydrauliques, h (m), appelées aussi hauteurs ou cotes piézométriques, dans les aquifères. C'est ce qu'on appelle les cartes piézométriques. Elles sont formées de courbes d'égale charge hydraulique, dites isopièzes, en mètres NGF, c'est à dire exprimées par convention en Nivellement Général compté au dessus du niveau moyen des mers. C'est exactement la même référence que la topographie de la surface du sol et les liens entre les deux se lisent directement : a) la cote de l'altitude de la zone de recharge aux affleurements est la valeur maximale de la cote de h (sinon l'eau "déborderait" aux affleurements); b) si une vallée profonde draine un aquifère, la valeur de la charge hydraulique à son approche peut tomber à peu près à la cote qui est celle du fond de la vallée; c) on est en zone d'artésianisme lorsque la cote de charge hydraulique est plus haute que la topographie de l'endroit.

Celle de l'aquifère du dessus (l'Oxfordien) part sur l'arc Bar-le-duc -St Dizier - Joinville ¤ A l'Est d'une ligne Cirfontaines-en-Ornois # Montiers-sur-Saulx (ligne C#M), la situation est trouvée classique. On pourrait être en situation de crête piézométrique au droit du fossé de Gondrecourt (AEP Lezéville, ConsGéné52 1998, p. 5). En s'éloignant du fossé (h = 327m; AND1 p. 58), la charge diminue en se déplaçant vers le N-W : direction de Bar-le-duc (Morley, h = 256m). Le gradient horizontal i est d'environ 0,4 %, soit une baisse de h de 4 mètres chaque kilomètre parcouru dans cette direction. Les données s'arrêtent au nord avec le forages de Morley et Demange-aux-eaux donc on ne sait pas ce se passe vraiment au nord de la zone dite de transposition. ¤ A l'Ouest de cette ligne C#M au contraire la direction pique droit sur la vallée/failles de la Marne, sur Joinville : "... une partie de ces écoulements se dirige vers un point bas local, dans le cours de la Marne au Sud-Ouest. Ce point bas représente, pour les trajectoires passant à l'aplomb du site de Meuse/Haute-Marne, le seul exutoire actuel de l'aquifère de l'Oxfordien calcaire sur le secteur." (AND9 III p. 88). C'est une direction perpendiculaire à la précédente et le gradient i est plus élevée : 0,45 à 0,55 %. Dans un forage 2003 à partir des hauteurs six kilomètres à l'Ouest de Joinville (Nomécourt, EST342), h est 196m NGF ce qui correspond à l'altitude de la bourgade de Joinville tout au fond de la vallée de la Marne. La vallée/failles de la Marne effectue selon toute vraisemblance un vigoureux drainage des eaux qui circulent dans les calcaires oxfordiens à commencer de Montiers-sur- Saulx (soit sur une bande large de plus de 10 km sur le flanc Est de la vallée). Celle de l'aquifère du dessous (le Bathonien) coule droit sous Joinville-Chevillon ¤ à l'Est de la ligne C#M (Cirfontaines#Montiers) Sur une bonne partie de la zone dite "équivalente de transposition des données de laboratoire souterrain à un stockage" (AND2 t.5 fig. 4.4-01), il n'y a que quelques mètres de variation à partir du Nord-Est (Demange-aux-eaux : 292; Bure : 290,5; Cirfontaines-en-ornois : 289; Morley : 286m; AND6; pour le site : AND7 p. 203, p. 268). Cette charge hydraulique autour de 290m n'est pas à sa place dans un contexte d'écoulement subhorizontal. Pour la relier à la charge hydraulique aux affleurements (liée à leur altitude), il faudrait imaginer un long plateau piézométrique Nord-Sud sans aucune perte hydraulique entre St Blin et Demange-aux-eaux soit sur 35 km, ce que l'agence a d'abord fait dans AND6 (vol.2 fig. 7-5). La charge hydraulique décroît de part et d'autre de ce plateau-crête, et à l'Ouest et à l'Est où elle irait d'abord en diminuant vers les affleurements. Cependant dans les écoulements souterrains, les interstices sont petits, la viscosité de l'eau ne peut pas être négligée et il y a une perte de charge(1). L'existence d'un long plateau isopiézométrique de 35 km irait contre cette loi physique. En réalité il y a zéro donnée sur ces 35 km séparant la hauteur piézométrique de Demange-aux-eaux et les affleurements, qu'ils soient au sud ou à l'Est. Il y a par contre le fossé tectonique : "A l'amont du site, le fossé de Gondrecourt pourrait se situer sur une crête piézométrique." (AND6 vol.1 p. 163). 6

Ainsi en 2005 est dessiné une crête piézométrique, parallèle et entourant la partie nord du fossé tectonique de Gondrecourt, au nord de Lezéville (AND9 II fig. 3.3.17, p. 147). C'est le puissant aquifère du Trias inférieur (celui de la géothermie...) qui est pensé être à l'origine de cette piézométrie : "... une forte perméabilité du Trias détritique qui par drainance à travers les différents semi-perméables le séparant du Dogger impose la structure de son champs de charge à ce puissant niveau calcaire." (AND2 t.5 II p. 6). Ce schéma est précisé par la chimie des eaux circulantes, les éléments dissous faisant rôle de traceurs. La variation de la teneur en chlore est superposée à la crête piézométrique. Elle est maximale à Demange-aux-eaux contre le nord du fossé, puis décroît en s'en éloignant : "La source de chlorures dans les eaux du Dogger de la zone peut résulter d'un apport des horizons sous-jacents. (...) ...des apports en chlorures des horizons sous-jacents, vraisemblablement en relation avec les niveaux salifères rencontrés à l'est du bassin de Paris dans le Trias. Ces apports sont variables en fonction de la localisation des forages." (AND6 vol. 1 p. 166-67). Cette situation moderne s'enracine dans le passé géologique : "les données en /13C sur les calcites de colmatage du fossé de Gondrecourt montrent une remontée d'un fluide équilibré en C avec le Bathonien vers la surface. - les données en Sr (...) montrent l'apport d'un Sr radiogénique d'une signature similaire à celle des formations du Trias. Cette signature aurait ainsi été acquise par un fluide météoritique dans les niveaux Triasiques qui aurait remonté le fossé, puis aurait percolé les calcaires,.." (AND4 p. 211-12). On retrouve une situation semblable à celle qui est connue dans le centre du bassin (Worden & Matray 1995). ¤ La Ligne Cirfontaines#Morley (ligne C#M) semble pour le Bathonien aussi correspondre à un basculement hydraulique du même type qu'enregistré au sein de l'Oxfordien. La charge hydraulique h diminue à partir de là et en allant droit sur la vallée/failles de la Marne entre Joinville et Chevillon (de 286m à Morley à 250m à Nomécourt, EST342, 6 km à l'Ouest de la vallée) figurant un gradient i de 0,16%. Peut-être parce qu'il hésitait à continuer à travailler sur ce site, l'ANDRA a attendu 9-10 ans pour faire 4 nouveaux forages atteignant le Bathonien. Les nouvelles données ont balayé en un mois la modélisation de référence 2001 faite en l'absence de carte piézométrique au Bathonien. Comme l'écrit avec beaucoup de pudeur la CNE en 2004 (10èr, p. 20) : "Les cartes piézométriques préliminaires présentées à la Commission indiquent une modification très sensible des directions d'écoulement dans le Dogger par rapport aux estimations antérieures (écoulement vers l'Ouest et vers le Sud Ouest).". La simulation ANDRA/ANTEA dite de référence 2001 prévoyait en effet que l'eau dans le Bathonien/Dogger coulerait plein Nord à partir de Bure (AND2 t5 fig. 2.1-03) et qu'une branche partirait vers l'Est-Nord-Est pour un exutoire vers Toul (CNE 2002, 8è r, p. 46). "...zone de décharge dans la direction Nord-Est, à des dizaines de kilomètres en aval du site, dans la Vallée de la Moselle." (Wendling et al. 2002, p. 162). Cela était contraire aux modélisations existantes sur le bassin de Paris (Wei et al. 1990, Menjoz et al. 1993...). En même temps le document de "référence" affirmait peut- être un peu prématurément que, "Compte tenu du contexte de la région, l'analyse préliminaire montre que les trajectoires des transferts vers les exutoires ne sont pas susceptibles de modifications significatives avant quelques centaines de milliers d'années." (AND3 B p. 203, également p. 247). Trois ans plus tard, ANDRA 2005 concluait à une direction exactement opposée pour la même eau dans la même couche : vers le Sud-Ouest (AND6 vol.2 fig. 7-5) et "Les écoulements à l'échelle du secteur dans le Dogger calcaire sont [redeviennent...] cohérents avec ceux observés à l'échelle du bassin : ils sont dirigés vers le centre de ce dernier, vers l'Ouest." (AND9 II p. 145). Comme on dispose de 6 forages au Bathonien pour 1200 km2 dans lesquels sont situés deux fossés tectoniques et autres faisceaux de failles profondes et anciennes dont l'importance hydraulique est de plus en plus mise en lumière, il est prématuré de dire qu'il n'y aura pas d'autres surprises. Ce gradient décroissant vers le Sud-Ouest à l'Ouest de la ligne C#M n'a aucun lien avec la disposition des affleurements bien au contraire, il leur est parallèle. C'est une nouvelle fois la vallée/failles de la Marne qui a en toute vraisemblance a une action de drainage sur les écoulements souterrains dans le Bathonien aussi.

Les différences de pressions entre ces deux aquifères 7

Le paragraphe précèdent était pour les écoulements horizontaux. Verticalement, entre Bathonien et Oxfordien, la valeur du gradient i est plus forte que pour l'écoulement horizontal, de l'ordre de 50 à 100 fois plus. Il résulte que, bien que l'argilite qui soit entre les deux soit très peu perméable, la circulation verticale n'est pas nulle. ¤ A l'Est de la ligne Cirfontaine#Montiers : De la situation simplifiée juste décrite : gradient régulier dans l'Oxfordien, plateau de la valeur dans le Bathonien, il résulte que verticalement i ne sera pas constant. La valeur de h ¾ 290 m, celle dans le Bathonien sur la zone, est aussi celle de l'un des isopièzes dans l'Oxfordien. Cet isopièze dans l'Oxfordien passe quelque part entre Bure et Montiers-sur-Saulx. Donc le long d'une courbe à peu près SSW à E, la valeur de i entre les deux aquifères sera nulle. Mais au sud (environ 1/4 de la zone dite "équivalente de transposition des données de laboratoire souterrain à un stockage"; AND9 II p. 133; AND2 t.5 fig. 4.4-01), i = 0,1m/m. C'est la valeur sur le site actuel. Elle va jusqu'à 0,2 m/m dans le petit coin sud de la "zone de transposition" (HTM102-Cirfontaines) qui n'est pas réellement qualifiable puisque le site actuel est officiellement exclu comme zone de dépôt à cause des forages effectués, et dont l'étanchéité ne peut pas être garantie. Ce gradient de 0,1 sur le site conduit l'eau à descendre de l'Oxfordien au Dogger. Le gradient est donc à l'inverse dans la partie nord (environ les 3/4 de la zone dite "équivalente de transposition des données de laboratoire souterrain à un stockage") avec i supérieur à 0,2 aux deux forages existants MSE101 de Morley et EST311/312 à Demange-aux-eaux (AND9 II fig. 3.3.12 p. 133). La différence des charges s'accentuant vers le Nord-Ouest : "...un gradient de charge de 0,3 mm-1 au nord et nord-ouest impliquant un écoulement vertical ascendant" (AND9 II p. 133). La variation de i du site au NW de la zone de transposition est donc en l'état > 0,4 m/m (sur la base des 4 points connus) avec un mouvement théorique de l'eau en sens inverse de chaque coté d'une zone d'inversion. ¤ A l'Ouest de la ligne Cirfontaine#Montiers : En piquant droit sur la vallée de la Marne la charge dans le Bathonien diminue (0,16%) mais la diminution est beaucoup plus forte dans l'Oxfordien (0,45 à 0,55%). De nouveau la valeur de i varie continuellement dans l'espace. Une inversion de gradient doit se produire un peu en amont de Montreuil- sur-Thonnance. En aval, vers l'Ouest, le gradient pousse l'eau à monter du Bathonien à l'Oxfordien (i = 0,55 m/m à Nomécourt 6 km à l'Ouest de Joinville). Mais les valeurs de ces gradients ne sont pas fixes Les valeurs des gradients hydrauliques, i, évoluent très vite sous l'effet de l'action anthropique notamment. L'exemple classique est l'exploitation des "sables verts" albiens à Paris depuis 1841. La charge hydraulique dans ces sables sous l'agglomération a diminué de 106 mètres (Raoult et al. 1998). Oxfordien : Un usage local accru est parfaitement prévisible : "Lezéville et ses communes associées ne sont pas les seules à souffrir de ces difficultés car, eu égard au contexte hydrogéologique, c'est tout le secteur géographique situé au Nord-Est du canton qui est affecté par un déficit qualitatif et quantitatif de la ressource en eau." (ConsGéné 52, 1998, c'est moi qui met en gras, il s'agit de la zone même de Bure). Or la qualité de l'eau de l'Oxfordien est excellente (Lezéville, Montreuil-sur-Thonnance...). Par ailleurs, l'Oxfordien apparaît comme une cible potentielle pour la géothermie entre Reims et Paris, l'eau n'ayant pas à être réinjectée (exploitation de Reims-Murigny; AFME et al. 1983, p. 122; alors que l'eau exploitée du Bathonien à l'Est de Paris est réinjectée). Bathonien : Il y a toujours des petites venues d'eau et c'est dans les 30 mètres sous-jacents à l'argilite qu'on trouve les horizons les plus perméables à Bure comme à Morley (K ¾ 1 10-8 m/s à EST210 test n°4 et MSE101 test n°11, sur horizon oolithique modérément poreux; AND7 p. 202 et 262, AND1 p. 42). A Montreuil-sur-Thonnance a été déduit du pompage une perméabilité, K, de 4 10-8 m/s moyen sur 100m d'épaisseur (AND6 vol.3 p. 53). Des petites venues d'eau ont été enregistrées juste sous l'argilite à ce dernier forage (0,026l/min soit 37l/j trois fois entre 612 et 609m, le contact étant à 607m; diagraphie debitmétrique thermique, AND6 vol. 2, fig. 5-10). Au forage plus distant de Nomécourt aussi, c'est 5,3 mètres sous l'argilite que commence un niveau légèrement producteur épais de 14m (0,6l/min soit 864l/j; AND6 vol. 1 p. 133, vol. 2 fig. 5-15). Sous le site de Bure (EST207), La pression de l'aquifère 8

Bathonien (290 mNGF) est mesurée inchangée jusqu'au contact même avec l'argilite (AND7, fig. 6-7, p. 205). L'aquifère Bathonien a donc globalement été trouvé très peu producteur à ce jour et a peu de chance d'être exploité localement dans le cadre des rares données disponibles (6 points sur 1200 km2). A Morley MSE101 et Demange-aux-eaux EST312, ce Bathonien est artésien : si on laisse ces forages ouverts, l'eau coule lentement à la surface, sur le plancher des vaches (AND6 vol.1 p. 162). Il doit l'être jusqu'à Montiers-sur-Saulx dont l'altitude en vallée de la Saulx est encore inférieure à la cote piézométrique de ¾ 290mNGF dans le Bathonien. L'eau du Bathonien est ainsi susceptible de rejoindre celle de l'Oxfordien sur des plans plus perméables (failles, comme celle de Menil-sur-Saulx). Les deux usages, local pour la boisson et lointain pour la géothermie de l'eau de l'Oxfordien, qui ont déjà timidement cours, abaisseraient la charge hydraulique h dans l'Oxfordien alors que cela a peu de chance de se produire dans le Bathonien, favorisant un mouvement ascendant de l'eau. A l'étape laboratoire et dépôt, l'ANDRA pompe continuellement l'eau de l'aquifère Oxfordien autour des puits d'accès ce qui est en train de faire tomber la charge hydraulique de l'aquifère (AND2 t.5 II p.9). Le modèle présenté donne qu'en quelques décennies h tombera de plus de 20 mètres sur plus de 2km (AND9 II p. 216), ce qui donne une variation de i de 0,15 m/m pour un Callovo-Oxfordien de 130m. Selon le schéma présenté (par ex. AND9 I p. 287), les déchets "B" enfouis seraient sous cette zone déchargée où i est modifié de 0,15 à 0,38 m/m (sens de l'eau montante). L'excavation pour le dépôt envisagé va provoquer un changement violent. i va grimper à quelque chose comme > 8 m/m entre l'air des galeries et l'Oxfordien calcaire au dessus, le Bathonien en dessous, initiant un vigoureux mouvement centripète de l'eau vers les galeries, vers les déchets prévus(2). Les grandes failles régionales Toute la simulation hydrogéologique ANDRA/ANTEA de référence 2001 avait été conduite en niant tout rôle hydraulique aux failles, même les majeures : "Hypothèse 1 : Pas de rôle hydraulique des failles, qu'elles soient locales ou régionales." (AND2 t.5 II p. 4; Wendling et al. 2002). Les preuves du rôle hydraulique majeur des failles ne cessent de s'accumuler : crête piézométrique de l'eau dans le Bathonien contre la partie nord du fossé tectonique de Gondrecourt, vigoureux drainage des aquifères Oxfordien et Bathonien par la vallée/failles de la Marne (les eaux de l'Oxfordien et du Bathonien n'auraient aucune raison de brutalement piquer sur Joinville s'il n'y avait pas un drainage par la vallée/failles de la Marne). Peut-être par pudeur au vu de son hypothèse 2001-2002, l'agence arrive à peine à le dire du bout des lèvres... : "... seules les grandes failles (failles de la Marne et de Poissons) semblent avoir une influence." (AND9 III p. 379), ou : "Ce rôle de drain vertical est également possible à l'actuel pour les failles, et notamment les failles de la Marne..." (AND9 II p. 105).

Les diaclases/fractures/failles de l'Oxfordien

Des trois gros niveaux calcaires dans la région de Bure : le Portlandien (Tithonique), l'Oxfordien et le Bathonien, ce sont les propriétés aquifères de l'Oxfordien qui semblent être les meilleures. La continuité hydraulique horizontale entre des zones où les diaclases permettent à l'eau de passer verticalement y est en effet assurée par les horizons continus à porosité de matrice. Ceux-ci sont présents non seulement sur toute la zone du projet de stockage (les dits niveaux Hp1..., Hp7, dolomitiques...) mais probablement aussi jusqu'aux affleurements : "... repose sur une puissante assise de marnes oxfordiennes [cf. le Callovo-Oxfordien] et possède une nappe aquifère à sa base même quand le faciès est marno-calcaire; exemples Montot (faciès corallien), Viéville (faciès marno- calcaire)." (Stchépinsky 1963 p. 34). Ce n'est pas toujours le cas des niveaux aquifères dans les autres niveaux : "la base du Portlandien est marno calcaire et l'eau ne s'accumule que sur affleurement de la limite entre le Portlandien et le Kimméridgien en se manifestant par des sources; les sondages effectués sur les plateaux portlandiens sont restés stériles; ceux qui ont réussi avaient rencontré une zone fissurée imprévisible." (Stchépinsky 1963, p. 33). 9

Les diaclases/fractures de l'Oxfordien Ce sont les étendues où il n'y a pas de joints/diaclases qui doivent plutôt être rares. Mais il est connu (notamment en exploitation minière) que la chance de croiser des diaclases sub verticales lors d'un forage lui aussi vertical est faible. Il serait normal qu'on en recoupe pas à tous les forages bien qu'il semble qu'à Bure il en ait été trouvé partout. Ces discontinuités expliquent qu'on est incapable de prédire l'état des perméabilités souterraines dans les calcaires au delà de l'ordre de probablement moins un décamètre autour d'un forage. V. Stchépinsky (1963, p. 34) mentionne une mésaventure 20 km au Sud-Sud Est, endroit où ces mêmes calcaires dominent la vallée de la Marne : "Les terrains séquaniens peuvent être aquifères dans le cas où les calcaires sont diaclasés accidentellement donnant naissance à des sources, mais ils peuvent aussi être stériles, comme l'a montré le puits de Provenchères-sur-Marne, malgré l'existence d'une source dans les terrains du séquanien inférieur dans la même commune.". A Montreuil-sur-Thonnance (année 2003 : EST321 à l'Oxfordien, EST322 arrêté après 100 m de Bathonien) les joints/fractures trouvés sont très modestes, longs seulement de 0,3 à 1 mètre et d'ouverture infracentimétrique observés ici et là sur une hauteur de 187m, aussi bien en calcaire oolithique qu'en dolomie (niveaux L1 et L2 entre #235 et #422 m; AND6 t.1 p. 102-103 et p. 124 avec t.2 fig. 4-2). Quatre d'entre elles sont décrites comme dépassant le mètre et une seule dans ces forages a une ouverture centimétrique. "L'interprétation du FMI a aussi mis en évidence des joints ou fractures conductrices fortement pentées (70 ou 85°) de direction moyenne N60°E dans les calcaires de l'Oxfordien. Cette population de joints se localise suivant la contrainte minimum." (AND6 t. 1, p. 103 diagraphie FMI = imagerie de paroi électrique/pendagemètre). Pour le EST322 à 299 m : "L'interprétation des diagraphies FMI... permet de constater que les directions de ces fractures sont N130°E et N50°E..., proches des directions des objets structuraux relevés à l'affleurement sur le secteur." (AND6 t. 1 p. 103;). Bien que la fracture d'ouverture centimétrique soit à 386 m de profondeur, "Ces structures... ont été élargies par des phénomènes de dissolution.." (AND9 II p. 158). Comme à Lezéville, la présence de joints/fractures à partir du moment où ils sont un peu ouverts contribue de manière spectaculaire à l'accroissement de la perméabilité de la roche. Les fractures interagissent avec la perméabilité de matrice, qui est dite être importante à Montreuil-sur-Thonnance et résultant d'une dolomitisation de la base de l'Oxfordien (haut de C3b-base de L1; AND6 vol. 1 p. 101 et 124; on trouve une dolomitisation partielle du haut de C3b-base de L1 aussi à Effincourt, EST351, AND6 vol. 2 fig. 4-5, p. 51, ou Morley, MSE101, AND2 t.3 fig. 1.1-04). Les forages EST321/322 de Montreuil-sur-Thonnance ont été fait sur la ligne de sismique 84 JV 16 rachetée au pétroliers (AND6 vol. 2 fig. 1-1 et fig. 3-15). On avait choisi un endroit où il ne pouvait pas y avoir de faille importante (c'est à dire détectable par la sismique, ce qui l'est à partir d'un rejet de l'ordre de 10 mètres). De fait, il n'y a pas eu de faille du tout. Il n'existe aucune singularité structurale à cet endroit. La direction des fractures/objets structuraux à Montreuil (EST321) est donnée N145E dominante et N60 mineure (AND6 vol.1 p. 103, vol. 2 fig. 4-33), aussi décrite ailleurs comme "des diaclases d'orientation générale N150°" (AND9 II p. 158). Sur cette donnée ponctuelle de Montreuil-sur-Thonnance est définie une vaste "zone" particulière : "Les forages EST 321 et EST322 sont situés à proximité de la faille de Poissons et dans le prolongement d'un réseau de failles secondaires, toutes orientées selon une direction N150°E... (...) Ces différents éléments sont donc à la base de la représentation d'une zone de fracturation diffuse... permettant des écoulements plus rapides que ceux observés ailleurs... les temps de résidence des eaux dans les formations carbonatées sont localement affectés... Les limites de cette zone visent avant tout à définir un périmètre au sein duquel la probabilité de rencontrer de telles structures sont plus fortes... représentation probabilistique qui en a été faite pour les besoins de modélisations hydrogéologiques..." (AND9 II p.159). A partir de ces diaclases banales particulièrement petites, l'agence nucléaire définit soudain en juin 2005 une bande totalement inédite d'orientation N145 large de 10 km et longue de 25 km qu'elle appelle "zone de fracturation diffuse" (AND9 II fig. 3.4.3 p. 160; III p. 379). Il est supposé y avoir beaucoup de fractures dans cette vaste bande et très peu ailleurs (très peu dans la zone de transposition réservée aux 10 déchets ce qui importe surtout à AND9). D'importantes quantités d'eau couleraient vite dans cette "zone de fracturation diffuse" qui est pourtant perpendiculaire aux lignes d'écoulement et très lentement partout ailleurs y compris dans son amont hydraulique (AND9 III fig. 5.4-10 p. 285). Trois ans plus tôt, l'agence nucléaire défendait l'opinion à peu prés inverse. La base de modélisation 2001/2002 était que : "Hypothèse 3 : Introduction d'une zone de faible perméabilité autour du site... sous forme d'une bande de largeur pluri déca kilométrique parallèle aux affleurements..." (AND2 t.5 II p. 4). "L'ANDRA indique dans ses rapports sur l'hydrogéologie du site que les valeurs des transmissivités mesurées dans les aquifères du secteur, Dogger et Oxfordien calcaire, sont nettement plus faibles que celles estimées régionalement, environ d'un facteur 100 (Oxfordien) (...) Le modèle final proposé utilise donc des transmissivités faibles dans la zone du site, sur une zone d'extension de l'ordre de 20 km, de forme initialement circulaire, puis ultérieurement en une bande parallèle aux affleurements." (CNE 2002, 8èr., p. 45). Or les forages EST321/322 sur lesquels repose la dite "zone de fracturation diffuse"-2005 où l'eau est désormais censée couler à flot, sont dans cette "zone d'extension de l'ordre de 20 km" qui était censée être exceptionnellement peu perméable en 2002. La faille de Poisson est 2 km à l'Ouest des forages EST321/322 et une extension probable de la faille de Brouthière s'arrête 2 km au SE. Mais cette dernière extension a déjà changé de direction et bifurque plus vers le nord avec déjà quelque parenté avec le noeud de failles d'Aingoulaincourt (Hibsch et al. 2001, vol 1 p. 70-71, vol.2 fig. 41, 51 et 52; le noeud de failles d'Aingoulaincourt d'orientation N10-N20E est à 3,5 km à l'E-SE de ces forages EST321/322). Il n'y a pas de concentration connue de structures d'orientation N145 à l'emplacement correspondant à la dite "zone de fracturation diffuse". Ces fractures existent partout régionalement et sont régulièrement réparties (Hibsch et al. 2001, vol. 2, fig. 71). Il en est de même des fractures d'orientation N155, apparemment plutôt rares dans la zone des failles de Poissons et Brouthières et plus abondantes ailleurs, notamment dans la dite zone de transposition à un stockage (Hibsch et al. 2001, vol. 2, fig. 72). D'ailleurs en creusant les puits : "Les structures dominantes sont constituées par des joints de type diaclase qui représentent plus de 80% des mesures dans le puits d'accès et près de 75% dans le puits auxilliaire. Ces joints subverticaux montrent une grande homogénéité directionnelle avec une direction principale N150-160°E associée à une direction secondaire N60-N80°E." (AND4 p. 278). Cela ressemble beaucoup à ce qui a été trouvé à Montreuil-sur-Thonnance. La "zone de fracturation diffuse" inédite de l'ANDRA-2005 peut aussi être testée différemment, sur un plan géomécanique : La faille de Poisson semble très ancienne et n'avoir jamais fonctionné de manière isolée. Elle le faisait notamment en conjonction avec les fossés tectoniques de Joinville et Gondrecourt dés que ceux-ci ont été formés. Dans l'état des contraintes actuelles, elle semblerait jouer en cisaillement senestre (Hibsch et al. 2001, vol 1 p. 90-91, vol. 2, fig. 93). Comment pourrait-on expliquer la présence d'essaims de joints métriques sur au moins deux kilomètres de large sur les flancs d'une failles cisaillante de même orientation ? Si l'on se base sur l'orientation des contraintes prévues autour d'une fracture soumise à un cisaillement, cela serait particulièrement exclu. Les contraintes principales y sont en effet obliques (Pollard et Segall 1987, fig. 8.6 p. 310). Des petites diaclases ouvertes (mode I, c'est à dire parallèles à la contrainte principale de l'endroit), si elles existent, et dans la mesure où elles lui sont liées, devraient être obliques à la faille cisaillante. L'information est alors plutôt contraire et indiquerait que l'on serait sorti du champs proche perturbé par la présence de cette faille cisaillante qui fonctionne surtout en conjonction avec d'autres. Hibsch et al. argumentent que c'est l'ensemble du panneau compris entre les failles de Poissson/Marne et le fossé tectonique de Gondrecourt, leur "bloc 2", qui devrait être soumis à un régime relativement simple d'extension NE-SW (Hibsch et al. 2001, vol 1 p. 90-91, vol. 2, fig. 93). Un tel régime est juste ce qu'il faut pour ouvrir des diaclases d'orientation N145. Les fractures ouvertes N145E de Montreuil- sur-Thonnance s'intègrent bien dans ce schéma là. La "zone de transposition à un stockage" est justement dans ce "bloc 2" de Hibsch et al. L'enseignement serait alors que des zones bien perméables 11

en dehors de toute faille, Montreuil-sur-Thonnance en est l'exemple, devraient être présentes dans la dite "zone de transposition à un stockage". Si à partir des forages de Montreuil on se déplace de 2,7 km vers le N-NE sur le forage EST351 d'Effincourt, on s'est écarté un peu plus de la faille de Poisson qui est laissée 4,5 km au Sud-Est. On s'est substantiellement enfoncé à l'intérieur du "bloc 2" de Hibsch et al. (2001, vol 2 fig. 93). Les diaclases sont présentes à Effincourt et là encore réparties sur une large épaisseur : "Le forage s'est mis en eau naturellement vu la forte productivité des diaclases sub-verticales situées entre 293 et 413 m.". La perméabilité du niveau 397-401m est de ¼ 1 10-6 m/s. Le forage produit 29 m3/j (AND6 vol. 1 p. 138-39, AND9 II p. 159 : 20l/mn). Quel est le parcours de l'eau de l'Oxfordien ? La carte piézométrique montre que l'amont hydraulique est coté Est (AND6 vol.2 fig. 7-4). Les affleurements de l'Oxfordien sont à moins de 20 km et ils sont de l'autre coté du fossé tectonique de Gondrecourt, vers le Sud-Est et l'Est. Du strict point de vue écoulement hydraulique, avec un lacis qu'on pourrait imaginer de zones ayant une perméabilité de 10-4 m/s comme celle déduite à Montreuil-sur- Thonnance (3,1 10-4 m/s pour le niveau #386 à #389m; AND6 vol. 1 tab. 5-17 p. 127; on retrouve des valeurs du même ordre en amont à Lezéville par exemple; ConsGéné52 1998, p.5 et 7), ces 20 km peuvent être franchis en ¼ 300 ans en vitesse moyenne réelle (éq. (2) : 2 10-6 m/s pour une porosité de 0,2, un gradient i de 0,0044). En aval hydraulique, la grosse bourgade de Joinville à 7km pourrait alors être atteinte en 90 ans (i de 0,005). A l'échelle géologique, et à juger des seuls écoulements hydrauliques, cette eau peut pratiquement être aussi jeune que l'on veut (300 ans). Le fait qu'il soit mentionné que certaines de ces fractures profondes aient "été élargies par des phénomènes de dissolution.." (AND9 II p. 158) argumente plutôt dans le même sens. Il en est de même avec la géochimie : "Une première hypothèse concernant une estimation de temps de résidence serait que les eaux du groupe 1 soient très jeunes et que l'enrichissement en isotopes 18O et D reflète une recharge durant une période hivernale récente." (AND6 vol. 1 p. 150; groupe I = Montreuil et Cirfontaines-en-Ornois, soit les EST321/322, EST331, le EST351d'Effincourt "oublié", très proche de ces deux là, ne figurant dans aucun groupe...). Elle peut aussi être plus vieille ou beaucoup plus vieille, rien ne prouvant que cette perméabilité puisse être trouvée partout. D'ailleurs dans les zones qui sont entre les "couloirs" d'un lacis supposé, les écoulements par définition seront plus lents comme on peut l'estimer d'autres mesures de perméabilité beaucoup plus basses (sur le site de Bure, la mesure publiée la plus haute est de 1,47 10-7 m/s moyen sur 13m entre #172 et #159m de profondeur, milieu de L2c, au EST203). Les valeurs relative de deutérium et oxygène 18 plus basses que celles actuelles indiquent une période plus froide que l'actuelle (dans la craie, roche comparable à l'Ouest, les valeurs plus négatives que l'actuel sont établies à # 7000 ans "âge 14C modélisé"; Kloppmann & al. 1998). Il semblerait aux dernières nouvelles que le contenu 14C à Montreuil-sur-Thonnance soit presque nul ce qui donnerait un âge supérieur à disons 20 000 ans dépendant du degré d'échange isotopique (le 40 000 ans n'est valable que pour un objet qui ne perd ni ne gagne de carbone; Kloppmann et Dever 1997). Un traçage dans l'Oxfordien a été effectué un peu au Sud de la zone le 21/03/97 (Jl. Ht Marne 29/03/97). Le traceur a été injecté dans une ouverture karstique dans l'Oxfordien vers la forêt de Trampot/nord du Cul du Cerf et a été vu à la source du Rongeant vers Thonnance-les-moulins (8 km au SSW du site ANDRA). Le parcours est de 12 km. Dans le dernier tiers on trouve encore l'Oxfordien au fond d'un talweg sinon on est sous couverture kimméridgienne (complète dans la traversée du fossé de Gondrecourt). La vitesse moyenne a été très grande : 83 mètres/heure. L'eau peut avoir circulé dans l'axe de la faille de Brouthière ou/et dans un niveau poreux de l'Oxfordien karstifié (Hibsch et al. 2001, vol 1 p.91, vol. 2, fig. 94).

Quel est le rôle des écoulements verticaux dans les failles ? 12

Un aquifère est d'abord alimenté au niveau de ses zones d'affleurement. Ceux-ci présentent des surfaces importantes pouvant capter l'eau. Cependant il peut y avoir d'autres infiltrations plus localisées, par exemple au niveau des failles qui le traverse, soit par le bas, soit par le haut, c'est fonction des différences de pression hydrostatique. Cela est fort bien illustré dans le Bassin Parisien (par ex. Worden & Matray 1995, etc.). En général, il semble s'agir d'un apport secondaire dont les conséquences sont surtout visibles en géochimie. Ce qui surprend dans le cas de l'eau de Montreuil-sur-Thonnance, est que l'agence nucléaire qui ignorait superbement tout rôle hydraulique des failles 3 ans avant se met à argumenter sur ce deuxième type d'alimentation possible. Les affleurements ne sont pas même mentionnés : "A l'amont hydraulique de EST321, l'isopièze de charge 300 m NGF est contrainte par la topographie à l'aplomb de structures identifiées à l'est de ce forage. En effet dans ce forage une forte venue d'eau très peu minéralisée sur fracture a été identifiée. Cette eau est très certainement une eau météorique infiltrée à une faible distance du forage et circulant rapidement au sein de ces structures." (AND6 vol.1 p. 162). "L'hypothèse invoquée est que cette infiltration pourrait se produire au niveau des structures identifiées à l'est de ce forage." (idem p. 146). De cette présentation mystérieuse, les "structures identifiées" à l'Est "à une faible distance" de ces forages seraient (?) à 3,5km : l'extrémité Nord de la faille de Soulaincourt-Aingoulaincourt-Pancey avec intersection à Aingoulaincourt d'un faisceau de trois failles (Hibsch et al. 2001). La vallée de la Saulx est légèrement plus à l'Est et ne devrait pas être recoupée. Seuls deux de ses talwegs Ouest d'alimentation (route Joinville-Pancey et ferme d'Anry) sont à une altitude de 305-310 m là où ils interceptent le tracé supposé de ces failles. A ces endroits, on est proche du contact Kimméridgien- Portlandien. Les calcaires Oxfordiens sont séparés de ce contact par un cumul de ¼ 76 m de marnes argileuses, en trois fois. Ces marnes sont en effet séparées par deux niveaux calcaires. "Les deux niveaux calcaires alternant avec les niveaux marneux donnent naissance à deux nappes d'eau assez importantes (Cirfontaines-en-Ornois)." et dans lesquels prennent leur source la Saulx et l'Orge (Stchépinsky 1963, p. 34, p.35). C'était aussi depuis 1949 la source d'eau potable (aujourd'hui de qualité moyenne) exploitée par un court forage à Lezéville avant le récent forage AEP d'une qualité bien supérieure à l'Oxfordien (ConsGéné52 1998). L'agence dit avoir eu des venues d'eau dans ces calcaires kimméridgiens dans 1/3 de ses forages (AND9 III p. 379). Le niveau calcaire inférieur du Kimméridgien ("Les calcaires blancs inférieurs") n'est plus séparé des calcaires Oxfordiens (qui dépassent un peu dans le Kimméridgien stratigraphiquement) que par 10-15 mètres par "Les marnes à exogyres inférieures" (Hibsch et al. vol. 1 p. 21). L'agence semble proposer qu'il y ait des passages d'eau importants le long des failles entre ces différents niveaux aquifères. Circulations dans le Bathonien L'eau circulante dans le Bathonien à Montreuil-sur-Thonnance (EST322) est de très loin la moins minéralisée de toutes les eaux échantillonnées dans le Bathonien de la zone (AND6 vol. 3 annexe 4). Elle a une composition du type de celle de l'eau minérale commerciale d'Hépar. La diagraphie FMI (= imagerie de paroi électrique/pendagemètre) montre des fractures subverticales souvent électriquement conductrices ce qui est le cas entre 660 et 665 m là où a été échantillonnée l'eau (AND6 vol. 1 p. 147, 103, vol. 2 fig. 4-33 p. 72). Quel pourrait être le parcours de cette eau profonde ? Pour l'amont, la situation reste plutôt incomprise. La charge hydraulique aux affleurements à l'Est et même Sud-Est est plutôt inférieure à celle du forage EST312 de Demange-aux-eaux. C'est cette crête piézométrique dont on a parlé sur la partie nord du fossé tectonique de Gondrecourt (AND6 vol.1 p. 163, vol.2 fig. 7-5; AND9 II fig. 3.3.17 p. 147). Au sud, la charge hydraulique des affleurements est un peu plus élevée et on calcule, mais seulement avec le forage EST322 de Montreuil-sur-Thonnance un gradient i de 0,0016 (48m/30 km). La perméabilité du niveau producteur de 4 mètres échantillonné est de 7,5 10-7 m/s (AND6 vol.1 tab. 5-22 p. 132). Par un relais de tels niveaux poreux, les 30 km aux -9 affleurements sud peuvent être franchis en ¼ 120 000 ans en vitesse réelle moyenne (vr = 8 10 m/s) si la porosité est prise de 0,15. L'aval hydraulique est vers le Sud-Ouest sur Joinville qui est à 7km. A 13

partir de Montreuil-sur-Thonnance, par le même calcul, Joinville peut être atteint dans le Bathonien en ¼ 30 000 ans. Vitesses et schéma de circulation Des âges d'infiltration aux affleurements des eaux, de 300 ans dans l'Oxfordien et de 120 000 ans dans le Bathonien, sont donc possibles sur la stricte base de calculs élémentaires de mécanique des fluides. On a utilisé la valeur du coefficient de perméabilité K des zones bien perméables, dont l'eau a été échantillonnée, alors que des valeurs plus faibles ont été mesurées à d'autres forages. On a supposé de plus qu'il existe un lacis de telles zones plus perméables réparti dans le calcaire. Ce lacis hypothétique peut ne pas exister, ou encore, il suffit qu'il soit moins perméable par endroit ou encore qu'il soit discontinu pour changer beaucoup les résultats. Il est évident que de tels calculs ne prouvent rien. Ils éclairent néanmoins sur l'ordre des choses possibles. Parce que d'un autre coté, les chances sont absolument minimes qu'on ait tapé dans les passages les plus perméables de l'Oxfordien ou du Bathonien. Des zones plus perméables que celles recoupées par ces quelques forages existent certainement. La perméabilité est un paramètre qui varie extrêmement rapidement, surtout avec la fracturation. Ce qui caractérise ces calcaires est une grande hétérogénéité des circulation. Perspectives de la ressource en eau dans le nord de la Haute-Marne et le sud de la Meuse Les épais horizons poreux-perméables de l'Oxfordien sont continus. A Demange-aux-eaux le niveau supérieur peut donner à lui seul une productivité intéressante. Par endroit, ces niveaux peuvent ne pas être de bons producteurs. Pour compenser, une exploitation pour des besoins localisés pourrait se faire alors en captant toute la hauteur de l'aquifère. Mais il y a de bons indices qu'il y ait aussi un lacis de zones bonnes productrices à cause notamment de diaclases ouvertes, comme le montre le forage de Montreuil-sur-Thonnance qui est à deux kilomètres des failles connues. L'Oxfordien peut alors avoir une productivité importante tout à fait concurrentielle avec les prélèvements d'eau pourtant plus en surface. Mais la qualité de l'eau est bien meilleure. Hormis statistiquement en zone faillée, on est incapable de dire où les diaclases sont ouvertes. Le gros potentiel hydraulique à priori des zones de faille En prospective, les jonctions de failles sont à priori les endroits susceptibles de donner les plus grosses productions puisque correspondant à une potentielle concentration et recoupements de fractures ouvertes. Il y a trois intersections majeures de failles : une au nord immédiat de Thonnance-les-joinville, une à Aingoulaincourt-Pancey (Hibsch et al. 2001) et une à proximité de Sommelonne (failles de la Marne#faille d'Haironville). Un bon caractère productif a déjà été mis en évidence à Chevillon et Bienville (Eurafrep 1986 et 1989, les deux forages en pertes totales dans le haut de l'Oxfordien) le long de la vallée/failles de la Marne. Thonnance, Chevillon, Bienville, Sommelonne sont tous concernés par des lignes écoulements qui viendraient de la zone d'enfouissement des déchets nucléaires. La faille de Ménil-sur-Saulx est reportée sur les cartes de Hibsch & al. (2001, vol. 2, figs. 61 à 85), et l'ANDRA a fini par la mettre aussi sur les siennes. A partir de la jonction de l'Orge et de la Saulx pas loin de Dammarie-sur-Saulx, elle passe par les villages de Le bouchon-sur-Saulx, Ménil-sur- Saulx et Stainville. La Saulx coule sur la direction de cette faille. Cette faille croise la flexure d'Aulnois- en-Perthois qui elle rejoint les failles de la Marne à Cousances-aux-forges où sont les sources de La cousance, 850m3/h, eau qui ira se jeter plus bas dans la Marne (AND2 t.3 fig. 5.1-10). Cette faille de Ménil-sur-Saulx est pratiquement dans l'axe de la contrainte principale ce qui est la condition optimale pour l'ouverture des fractures qui la constitue. Elle est aussi pile en droite ligne des écoulements régionaux en provenance de la zone de transposition pour un enfouissement éventuel de déchets nucléaires. Cette faille conduit vers Haironville où l'on retrouve le croisement de failles mentionné de Sommelonne. Dans le Portlandien, la zone est une plate forme de distribution des eaux. Le lien entre le captage de Fains les sources, qui fournit l'eau potable à la ville de Bar-le-Duc (usine des eaux, 700m3/h), et cette zone d'Haironville a été mis en évidence par coloration à la fluorescéine, de même qu'un lien plus vers le nord avec Varney (source du canal) et Mussey (source du château) (Leroux 1978, p. 30; AND2 t.3 fig. 14

5.1-10). Le lien avec la source de l'Ornel (petit ruisseau au départ de Sommelonne qui traverse la ville de St Dizier en partie nord de laquelle il est souvent responsable d'inondations) est aussi établi (AND2 t.3 fig. 5.1-10). Si à Bure, la charge hydraulique dans le Portlandien est supérieure à celle de l'Oxfordien, elle décroît plus vite vers le Nord-Ouest et la charge dans l'Oxfordien a rattrapé celle du Portlandien dès Morley (AND2 t.3 fig. 5.1-07 et AND6 vol. 2 fig. 7-4) donc sur l'aval immédiat de l'enfouissement envisagé. Il n'y a plus de données sur l'eau de l'Oxfordien au delà mais elle devrait dès lors être en surpression par rapport à celle du Portlandien. Les migrations doivent alors être du bas vers le haut, et plus vite encore aux endroits de plus grande perméabilité. Cela devrait à priori être le cas tout le long de la faille de Ménil-sur-Saulx. Sur le site de Bure la salinité de l'eau dans la base de l'Oxfordien est inférieure à 0,9g/l (AND2 t.3, p. 20; AND6 vol. 1 p. 33), chlore 100 mg/l (AND2 t.1 fig. 2.5-01). A Montreuil-sur-Thonnance, Cirfonaines-en-ornois et Effincourt, c'est une eau très pure, de l'eau d'Evian :

conductivité pHCa Mg Cl SO4 NO3 µS/cm (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) eau de l'Oxfordien de 4267,934302302,3 Montreuil (1) eau d'Evian (2)4937,278245104 (1) AND6 vol.3 p. 56; (2) "Pour une approche expérimentale de l'eau" CRDP Poitou charente 1997, p. 109

En plus d'être une excellente réserve d'eau pour tout le nord-Est de la Haute-Marne et le Sud de la Meuse, l'eau de l'Oxfordien a même une valeur commerciale.

Notes

(1) On peut montrer que la loi de Darcy a exactement la structure de la loi de Poiseuille qui décrit l'écoulement dans les tubes capillaires fins dans lequel la viscosité joue un rôle déterminant. Cela implique que le rapport i/q, pour un liquide d'un poids spécifique et pour un diamètre de passage, donnés, est directement proportionnelle à la viscosité dynamique (à forte viscosité, il faut un gradient fort pour mettre en route la circulation) ou que le rapport q/i est directement inversement proportionnel à la viscosité dynamique du fluide (Schneebeli 1966, p. 27). (2) A Bure, le milieu de la série callovo-oxfordienne est vers #125m NGF. La charge hydraulique dans l'Oxfordien était avant dérangement de !304,5 m NGF, celle dans le Dogger de !290,5m NGF. Dans les galeries, alvéoles du dépôt en exploitation la charge hydraulique est zéro (pression atmosphérique). Le gradient, i="h/L, sur L=50m entre limite de la série callovo-oxfordienne et galeries et leur EDZ est de, pour l'Oxfordien par exemple : 304,5 #(#125)/50 ¾ 8,6 m/m. 15

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Nancy I (sédimentologie structurale) G2R (obtenu par le CLIS). Travail purement universitaire fait par des universitaires dans le cadre d'un contrat (apparemment le seul entre ces auteurs et l'ANDRA). Ÿ Hilly, J. - Haguenauer, B. (sous la dir. de) 1979, "Lorraine Champagne", Coll. guides géologiques régionaux, Masson édit., 216 (ce guide est fait par les géologues des universités de Nancy et Reims). Ÿ Kloppmann, W. - Dever, L. - Edmunds, W.M. 1998, "Residence time of chalk groundwaters in the Paris Basin and the North German Basin : a geochemical approach", Applied Geochemistry, vol. 13, n°5: 593-606. Ÿ Leroux, O. 1978 "Géologie de la Meuse" Dossiers Documentaires Meusiens, Inspection Académique, Bar-le- duc, n° 13, 60p. Ÿ Menjoz, A. - Lambert, M. - Matray, J.M. 1993, "Flow of formation water in the Jurassic of the Pasis Basin and its effects", Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 344: 159-69. Ÿ Pollard, D.D. - Segall, P. 1987, "Theoretical displacements and stresses near fractures in rock : with applications to faults, joints, veins, dikes, and solution surfaces", in Atkinson, B.K., éd., "Fracture Mechanics of Rock", Academic press Inc, London, chapt. 8: 277-349. Ÿ Raoult, Y. - Lauverjat, J. - Boulègue, J. - Olive, P. - Barjac, T. 1998, "Etude hydrogéologique d'une ligne d'écoulement de l'aquifère de l'Albien dans le bassin de Paris entre Gien-Auxerre et Paris", Bull. Soc. Géol. Fr., t. 169 (3): 453-57. Ÿ Schneebeli, G. 1966 (réédition 1987), "Hydraulique souterraine", édit. Eyrolles, 362p. Ÿ Stchépinsky, V. 1963, "Hydrogéologie de la Hte Marne", Bull. BRGM, 3 : 29-39. Ÿ Wei, H.F. - Ledoux, E. - Marsily, G. de 1990, "Regional modelling of groundwater flow and salt and environmental tracer transport in deep aquifers in the Paris basin", Journal of Hydrology, 120: 341-358. Ÿ Wendling, J. - Buschaert, S. - Barthelemy, Y. 2002 (ANDRA, ANTEA), "Hydrogeological and transport models for the MHM site evaluation program : current status and potential future developments", in AND5, p. 161-62. Ÿ Worden, R. H. - Matray, J. M. 1995, "Cross formational flow in the Paris Basin", Basin Research 7: 53-66.