CONSEIL GENERAL DE L'ARDECHE MINISTERE DE L'INDUSTRIE
BRGM PRINCIPES DE LA RECHERCHE D'EAU SOUTERRAINE L'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE DANS LE SOCLE ARDECHOIS
ETUDE GENERALE APPLICATION AU SITE DE ST.AGREVE (07)
AVRIL 1991
R 32 853 RHA 4S 91 BRGM I'ENTIIEMISI AU $E>VICI DI I* TIIII
CONSEIL GENERAL DE L'ARDECHE
MINISTERE DE L'INDUSTRIE
PRINCIPES DE LA RECHERCHE D'EAU SOUTERRAINE DANS LE SOCLE ARDECHOIS. ETUDE GENERALE APPLICATION AU SITE DE ST AGREVE (07).
R 32.853 RHA 4S/91 avril 1991
par A.BARAT et A.GRAILUT
BRGM - RHÔNE-ALPES
29, boulevord du 1 1 -Nov.inbra - B.P. ¿083 - if 604 Villeurbanne cede». Fronce Tél.: (33, 78.89.72.02 - Tilécopieur : (33j 78.94.12.64 Tile< : 380 966 F - 1 -
TABLE DES MATIERES
Pages
1 - INTRODUCTION 5
1.1 - Problême posé 5 1.2- Démarche adoptée 6 1.3 - Modalités administratives et financement des études et des travaux 6
2 - CONTEXTE GEOLOGIQUE ET STRUCTURAL REGIONAL 8
3 - CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE REGIONAL 10 3.1 - Préliminaires 10 3.2 - Conditions structurales et hydrauliques du socle ardé chois dans la perspective de recherche d'eau souter¬ raine 10
4 - ETUDE DES FORAGES ET SOURCES EN MILIEU DE SOCLE 12 4.1 - Démarche adoptée 12 4.2 - Forages d'eau et sondages de reconnaissance 12 4.3 - Les sources 19
5 - BILAN HYDRAULIQUE DU SOCLE ARDECHOIS 22 5.1 - Méthodes retenues 22 5.2 - Hydrogrammes 22 5.3 - Modélisation des transferts pluie-débit 23 5.3.1 - Présentation du modèle 23 5.3.2 - Présentation des résultats 23 5.3.3 - Analyse des résultats 24 - 2 -
6 - ETUDE SUR LE SECTEUR PILOTE DE SAINT-AGREVE 26 6.1 - Choix du secteur d'essai 26 6.2 - Travaux réalisés 26 6.3 - Conditions géologiques et structurales locales 27 6.3.1 - Aperçu géomorphologique 27 6.3.2 - Terrains en présence 27 6.3.3 - Réseau de fractures 28 6.3.4 - Interprétation de la campagne de prospection électrique 30 6.4 - Essai de bilan hydraulique 32 6.4.1 - Inventaire des points d'eau 32 6.4.2 - Campagne de jaugeages - Débits 33 6.4.3 - Calcul de l'excédent pluviométrique 33 6.4.4 - Essai de bilan - Evaluation de la ressource 34 6.5 - Définition de sites pour forages de reconnaissance 34 6.6 - Rappel des résultats de forage 35
7 - CONCLUSIONS GENERALES 37 - 3 -
- LISTE DES TABLEAUX -
- Tableau 1 Liste des forages et sondages de reconnaissance - Département de l'Ardèche.
- Tableau 2 Liste des forages et sondages de reconnaissance - Département du Rh3ne.
- Tableau 3 Liste des forages et sondages de reconnaissance - Département de la Loire. - Tableau 4 Paramètres de calage représentatifs des bassins versants modé¬ lisés.
- LISTE DES ANNEXES -
- Annexe 1 Carte géologique schématique du Vivarais (d'après M. CHENEVOY).
- Annexe 2 Carte de situation des sources du socle Ardèche dans le contexte géologique et structural - Echelle 1/250. 000 - Annexe 3 Débits d'étiage des sources de l'Ardèche. - Annexe 4 Plan de situation des stations hydrométriques et des bassins versants étudiés, au 1/250.000 liste des caractéristiques. - Annexe 5 Liste et caractéristiques des stations hydrométriques utilisées.
- Annexe 6 Exemples de périodes de tarissement sur hydrogrammes tracés. - Annexe 7 Présentation du modèle GARDENIA. - Annexe 8 Hydrogrammes calés par le modèle GARDENIA (exemples). 4 -
Annexe 9 Site pilote de St-Agrève - Carte de situation - Echelle 1/25 000 (extrait carte IGN). Annexe 10 Site pilote de St-Agrève - Carte d'inventaire des points d'eau - Echelle 1/20 000 (hors texte). Annexe 11 Site pilote de St-Agrève - Carte géologique et structurale - Implantation des sondages électriques - Echelle 1/25 000. Annexe 12 - Courbes de sondages électriques - Coupes géo-électriques inter¬ prétatives. Annexe 13 Coupes géo-électriques par groupes de sondages électriques.
Annexe 14 Bilan hydraulique : campagne de mesures sur les points d'eau
inventoriés : conductivité, température, débit.
Période : fin août - début septembre.
- Annexe 15 : Bilan hydraulique : précipitations et excédents calculés par la
méthode de THORNWAIT : tableau des valeurs mensuelles, tableau des valeurs annuelles.
- Annexe 16 : Site du forage de reconnaissance - Echelle 1/2000 (extrait du plan cadastral de St-Agrève).
- Annexe 17 : Forages de reconnaissance, site Berthoux à Saint-Agrève. - 5 -
CONSEIL GENERAL DE L'ARDECHE
MINISTERE DE L'INDUSTRIE
PRINCIPES DE LA RECHERCHE D'EAU SOUTERRAINE DANS LE
SOCLE ARDECHOIS
ETUDE GENERALE, APPLICATION AU SITE DE St-AGREVE
1 - INTRODUCTION
1 .1 - Problème posé
Le département de l'Ardèche présente, sur le plan de l'alimentation en eau potable des collectivités, une situation contrastée selon les secteurs. La partie Est de son territoire, proche de la vallée du Rhône, puise son eau potable dans la nappe alluviale du fleuve, au moyen d'ouvrages généralement à gros débits, gérés par quelques grands syndicats intercommunaux. La partie Ouest du département, moins peuplée et ne disposant pas de nappe d'eaux sou¬ terraines de forte productivité, s'alimente à de très nombreuses sources (des centaines) dispersées sur le territoire et de débit très divers et souvent variable au cours des saisons. Cette situation est surtout observée dans le domaine dit du "socle", terme général pour désigner les terrains anciens, de type granite ou gneiss.
Une des solutions au problème de l'alimentation en eau dans cette partie du département pourrait être la mise en évidence de ressources en eau sou¬ terraine perennes, recelées en profondeur dans les formations du socle, grâce à la fissuration provoquée par les déformations de la croûte terrestre.
La présence de telles ressources permettrait de diminuer le nombre de points d'eau captés, et faciliterait ainsi la gestion et la protection des eaux. - 6 -
1 .2 - Démarche adoptée
L'évaluation des ressources en eaux souterraines a été menée selon deux plans :
- Méthodologique : L'objet était la mise au point d'un guide de prospection des eaux souter¬
raines en milieu de socle. L'étude concerne la géologie et 1 'hydrogéologie du socle ardéchois, auquel ont été ajoutées les formations similaires des départements du Rhône et de la Loire.
- Expérimental : La phase précédente a abouti au choix d'un site pilote, en l'occurrence la commune de Saint-Agrève (retenue aussi pour les besoins exprimés par la collectivité). Les outils de prospection du milieu fissuré ont été testés sur le site. Les résultats de cette phase expérimentale sont présentés en deuxième partie du rapport. Les travaux proprement dits ont comporté quatre sondages de reconnais¬
sance. Leurs résultats ont été présentés dans deux rapports BRGM n° 89. SGN
511 RHA et R. 30464. RHA. 4S. 90 et ne sont donc pas repris en détail dans le présent rapport.
1 .3 - Modalités administratives et financement des études et travaux
Le financement de l'étude des ressources en eau dans le socle, comprenant tant la phase méthodologique que la phase expérimentale, a été assuré de la façon suivante :
- par le BRGM, sur crédits du Ministère de l'Industrie ; - par le Conseil Général, sa participation s'effectuant en fonction du nombre de forages de reconnaissance réalisés.
Le Département a assuré la maîtrise d'ouvrage. - 7 -
Le financement des travaux de forage proprement dits était assuré de la façon suivante :
- par la commune de St-Agrève, à hauteur de 20 % des travaux, - par l'Agence de Bassin Rhône-Méditerranée-Corse, avec une participation de 40 %,
- par le Conseil Général, à hauteur de 40 %.
La maîtrise d'ouvrage a été assurée par la commune de Saint-Agrève. - 8 -
2 - CONTEXTE GEOLOGIQUE ET STRUCTURAL REGIONAL
Le secteur étudié, correspondant au "socle ardéchois", appartient au domaine géologique dit des Monts du Vivarais qui forment la bordure orientale du Massif central. Constitué de roches cristallines et cristallophylliennes, il présente à l'ouest des reliefs élevés, en forme de hauts plateaux ; c'est le cas du secteur de St-Agrève, où l'altitude est de l'ordre de 1000 à 1200 m. Il se caractérise à l'est par des plateaux d'altitude plus faible, de l'ordre de 500 à 700 m, et par un versant rhodanien disséqué par de nombreux et profonds ravins, aux versants abrupts. Le réseau hydrographique, notamment représenté par l'Ardèche, le Doux et l'Eyrieux, est orienté vers le Rhône ; il s'est étendu vers l'ouest par le fait de l'érosion régressive.
Du point de vue structural, la série géologique du Vivarais est constituée de panneaux leptyno-gneissiques, d'anatexites, et de granites.
De grandes fractures, pour la plupart très redressées, affectent ces ter¬ rains cristallophylliens et cristallins. Elles appartiennent pour l'essentiel
à deux systèmes :
- un système qui regroupe les accidents les plus importants, d'orientation
S.U-N.E à M. S. W-E. N.E ; il s'agit de fractures de décrochements, de sens habituellement dextre, qui peuvent éclater en failles mineures de direc¬ tion variable. Ces fractures, jalonnées par d'importants amas myloniti- ques, ont guidé la majeure partie du réseau hydrographique, en particu¬
lier dans le secteur est ; - un autre système groupe des fractures orientées au N.N.E et au Nord.
Elles sont plus discrètes ; elles paraissent antérieures aux précéden¬ tes, mais elles ont pu rejouer tardivement avec ou après elles, en décrochement.
Tous ces accidents sont, au moins en partie, hercyniens, peut-être plus anciens, en tout cas antéstéphaniens. Ils ont certainement rejoué à des épo¬ ques plus récentes, notamment après le Trias.
La limite est du "socle ardéchois" correspond à une discontinuité majeure. - 9 -
de direction méridienne, séparant le Massif central surélevé du bassin d'ef¬ fondrement du Bas-Dauphiné, très fortement abaissé. La différence de niveau du socle entre l'ouest et l'est du Rhône atteint son maximum au droit de la fosse de Valence. 11 s'agit d'un système de grandes cassures subverticales situé sensiblement sous le cours du Rhône.
La limite sud-est est matérialisée par la grande fracture de la Voulte- sur-Rhône, qui sépare les formations micaschisteuses des terrains jurassiques
; cette fracture paraît se rapporter à l'important système des accidents
d'orientation S.W-N.E à W. S. W-E. N.E. déjà évoqué.
Dans le schéma structural régional (annexe 1), le secteur expérimental
choisi de St-Agrève se situe en limite occidentale du système S.W. -N.E à
W.S.E-E.N.E. , particulièrement développé entre Saint-Etienne au nord et La
Voulte au sud ; aucun des deux systèmes présents ne semble a priori dominer. - 10 -
3 - CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE REGIONAL
3.1 - Préliminaires
Le socle ardéchois, constitué de roches dures à dominante granitique ou gneissique, est pratiquement dépourvu de formations sédimentaires, à l'excep¬ tion des dépôts alluvionnaires des fonds de vallée.
Il peut néanmoins renfermer des ressources en eau souterraine dans cer¬
taines conditions :
- en présence de formations superficielles issues de l'altération de la
roche : les arènes. Plus les arènes seront étendues dans le plan, épaisses et bien réalimentées, plus les ressources qu'elles renferment
seront intéressantes. De fait, les arènes donnent lieu à de très
nombreuses sources en Ardèche ; les eaux qu'elles renferment pourraient être captées dans certaines conditions par forages peu profonds, mais
les conditions favorables restent exceptionnelles ;
- en présence de fissures quand elles se développent dans la masse du socle, en profondeur, relon des réseaux ouverts et étendus. Ces fissures affectent le socle ardéchois selon certaines directions privilégiées (directions structurales).
La recherche d'eau souterraine par forage profond consiste à implanter l'ouvrage dans un réseau de fissures bien réalimenté, profond (30 à 100 m), soustrait aux fluctuations saisonnières qui caractérisent la ressource en eau superficielle.
3.2 - Conditions structurales et hydrauliques du socle ardéchois dans la perspective de recherche d'eau souterraine
Au paragraphe 2, on a montré que deux grands systèmes de failles se déve¬
loppent sur la majeure partie du socle, à partir de la vallée du Rhône : un - 11 -
système dominant W.S.U-E.N.E. , un autre plus discret N.N.E à Nord. A l'ouest et au sud-ouest, ces directions disparaissent au profit d'accidents en forme d'éventails ouverts vers l'ouest, de direction E.W (secteur vallée de l'Ardè¬ che) à N.W.-S.E (secteur plus au nord, vallée de l'Eyrieux).
Des déformations de grandes ampleurs et complexes ont affecté le socle ; elles ont participé à la fracturation, au broyage et à l'altération de la roche. Dans certaines conditions (phases distensives), les fissures produites peuvent donner lieu à des réseaux perméables affectant la roche en profondeur. Ce sont ces réseaux qui constituent l'objectif pour l'implantation des fora¬ ges.
L'autre volet prend en compte la hauteur d'eau infiltrée, issue des précipitations. Cette part infiltrée sera d'autant plus faible que les reliefs seront profondément disséqués et drainés par un réseau hydrographique dense, et qu'ils seront faiblement pourvus en couverture d'arènes. Elle sera au contraire plus importante en présence de reliefs plus doux, d'un réseau peu dense et peu profond et d'une couverture d'altération développée.
Le premier cas de figure est représentatif de la frange est du socle ardéchois, vers la vallée du Rhône, où les hauteurs relativement modestes des précipitations accentuent le déficit d'alimentation des eaux souterraines ; le deuxième est souvent observé dans la partie centrale et ouest, où les préci¬ pitations, supérieures à 1 m, induisent des infiltrations plus importantes.
Le secteur de St-Agrève correspond au deuxième cas : relief en plateau, altération plutôt développée, fortes précipitations. - 12 -
4 - ETUDE DES FORAGES ET SOURCES EN MILIEU DE SOCLE
4.1 - Démarche adoptée
L'inventaire a porté essentiellement sur les forages et sondages de recon¬ naissance répertoriés dans la la Banque des données du sous-sol (départements de l'Ardèche, du Rhône et de la Loire). Il a été complété par une enquête par courrier, auprès des Services administratifs (DDA, DDE, DASS,...), des entreprises de forages et des sociétés minières, dont la COGEMA.
En ce qui concerne les sources, extrêmement nombreuses dans ce très vaste territoire, l'inventaire s'est effectué à partir des cartes topographiques IGN à 1/25 000 récentes. L'expérience montre en effet que ces documents sont géné¬ ralement assez exhaustifs et précis quant au positionnement des sources. Par ailleurs, vu leur nombre, il était exclu d'en effectuer l'inventaire par enquête auprès des services ou des communes, ou a fortiori par des visites in situ. Le débit des sources est ainsi en général mal connu, même en ordre de grandeur.
4.2 - Forages d'eau et sondages de reconnaissance
a/ Généralités :
Dans le département de l'Ardèche, il ressort que les forages ou sondages de reconnaissance existants, ayant pénétré dans le socle, sont très peu nom¬ breux, eu égard à la superficie du territoire en jeu. Les sondages ayant simplement atteint le socle sont plus nombreux, mais se situent essentiel¬ lement dans les vallées alluviales, celle du Rhône en particulier. Ce dernier type de sondage renseigne sur la topographie cachée du socle sous la cou¬ verture sédimentaire, mais ne fournit pas de renseignements sur 1' hydro¬ géologie du substrat. "- 13 -
Ces observations restent valables pour les départements de la Loire et du Rhône, où les forages et sondages ayant pénétré le socle sont peu nombreux, et sont pour l'essentiel réalisés pour des recherches minières. Or, dans les sondages miniers, les données hydrogéologiques sont pratiquement absentes.
b/ Département de l'Ardèche (cf. tableau 1)
Les sondages au socle sont essentiellement miniers (PENNAROYA, COGEMA...), le plus souvent forés dans les formations sus-jacentes du Permien (secteur sud-ouest de l'Ardèche), et arrêtés dans le socle proprement dit dans lequel ils ne pénètrent que sur quelques mètres, ce dernier n'étant pas l'objectif minier.
Les données géologiques et structurales sur le socle se révèlent ainsi peu exploitables pour la présente étude. De même, les venues d'eau, lorsqu'elles sont enregistrées, ne sont pas localisées.
Le tableau n° 1 récapitule les ouvrages existants avec leurs caractéristi¬ ques principales : position, profondeur, données disponibles.
Pour les forages d'eau réalisés dans le socle, les seuls inventoriés sont :
- le forage de recherche d'eau de la commune de Chanéac, implanté et suivi
par le BRGM (cf. rapport NT. 84. RHA. 017) , foré dans un accident repéré notamment par la méthode géophysique électrique. Le débit obtenu est
moyennement élevé (10 à 15 m /h) mais l'eau est fortement minéralisée ; certains éléments chimiques sortent des normes de potabilité. Ce forage n'est pas exploité, mais il a néanmoins démontré que des ressources en eau souterraine pouvaient exister dans le socle, dans certaines condi¬ tions de fracturation, et mis en évidence l'efficacité des investiga¬
tions conduites pour son implantation ;
- les forages d'eau de la source d'Arcens (= 10 m /h) : ils traduisent des potentialités en eau souterraine dans le socle, liées directement aux conditions de fracturation de la roche. - 14 -
c/ Département du Rhône (cf. tableau 2)
Les forages qui ont pénétré le socle granitique, métamorphique ou volcano- sédimentaire, sont essentiellement des ouvrages miniers ou de reconnaissance géotechnique. Les données hydrogéologiques sont pratiquement absentes ou inexploitables.
Les ouvrages qui puisent l'eau dans la zone d'altération, le plus souvent
entre 4 et 10 m, ne renseignent pas sur le socle en profondeur ; les pompages d'essai parfois disponibles ne seront donc pas exploités.
d/ Département de la Loire (cf. tableau 3)
Comme dans les autres départements déjà cités, la majorité des sondages au socle sont miniers. Quatre d'entre eux ont mis en évidence des venues d'eau (720-SX-1 à 4) qu'il n'a pas été possible toutefois de relier à un accident apparent dans le socle.
Il existe cependant des forages profonds, réalisés en vue de l'exploita¬ tion d'eaux minérales (Sail-les-Bains, St-Romain-du-Puy et surtout St-Galmier)
et qui fournissent des débits importants, compris entre 5 et 40 m /h (Sail- les-Bains). Mais, ils sont implantés dans des conditions structurales particu¬
lières, caractéristiques de la bordure d'un bassin d'effondrement : fractu¬ ration et altération intenses, distension des accidents. De telles conditions
ne sont pas transposables à l'intérieur du domaine de socle ; elles pourraient par contre être rencontrées en Ardèche, sur la limiste est, dans la vallée du Rhône.
Les deux forages de Chenereilles, dans les Monts du Forez, ont produit des débits (quelques centaines de litres/heure) trop faibles pour être exploités. Ils avaient été implantés par le BRGM, à la suite de mesures géophysiques (méthode VLF). Ces forages ont rencontré des fissures apparemment mal réalimentées, l'accident recherché étant, semble-t-il, très localisé. . SOCLE ARDECHE TABLEAU 1 Inventaire des sondages dans le socle
Oépartement : ARDECHE (07)
1 1 n" BSS 1 Commune 1 Propriétaire 1 Nature \ 1 Etat actuel Prof. (m) 1 Données disponibles |
1 1 1 1 | 864-4X-3 Prades Eaux minérales du Vernet Exploitation Remblai 1 12 Hydrochimie
1 864-4X-7 1 Chassiers 1 Sm-PENARROYA Sondage, minier Remblai 120.50 log 12 m dans le Permien |
1 864-4X-8 1 Chassiers SMM-PENARROYA Sondage minier Remblai 140.00 log Permien ? y altéré |
1 864-4X-9 i Chassiers 1 PENARROYA Sondage minier Remblai 165.80 log 3 m de Permien |
II 1 864-4X-10 1 Chassiers Sondage minier non exploité 185.00 log 2 m de Permien |
1 '364-4X-16 1 Prades 1 M. VEDERIER ' Forage eau min. 11 = Géol = Hydro = Chimie |
1 840-1-0001 Coucouron DDA 4 sondages 17 à 30 log 1
1 840-8X-0002 St-Pierre-de-Colombier 1 E.D.F. Barrage 35 Géol. 1
1 840-8X-0003 Montpezat/Bauzon E.D.F. Barrage 94 Géol. 1
1 840-8X-0004 Meyras E.D.F. Barrage 37 Géol . 1
1 816-4-0001 Chanéac Particulier Rech. eau min. 51.60 log 1
1 816-8-1 Arcens Commune Forage eau Chimie |
1 816-8X-0002 St-Martial DDA Barrage 3 logs 1
1 817-1X-0002 Chanéac Commune Forage eau 52.50 log - pompage - chimie 1
rapport NT 84 RHA 017 |
1 841-3X-0Û04 St-Priest COGEMA Sondage 334.00 log 16 m de socle |
1 841-3X-00Û5 Pranles COGEMA Sondage 147.00 log 4 m de socle |
1 841-3X-0006 Privas COGEMA Sondage 112.00 log 12 m de socle |
1 841-3X-0007 Creysseilles COGEMA Sondage 117.00 log 17 m de socle |
1 841-3X-12 à 23 BRGM/PENARROYA Sondages socle sur quelques mètres |
1 841-4X-6 à 9 COGEMA-PENARROYA Sondages socle sur quelques mètres |
1 841-5X-1 bis Vals-les-Bains Sondages 50-54 Géol. 1
1 841-5X-38 St-Julien-du-Serrs PENARROYA Sondage 163 log = 1 m de socle |
1 941-6X-10 à 16 St-Etienne-de-Boulogne COGEMA Sondages 250 à 780 logs sur quelques m de socle |
1 841-7X-0009 St-Priest PENARROYA Sondage 439.05 log 8 m de socle y |
1 841-7X-10 Veyras PENARROYA Sondage 357.78 log 2 m de socle y |
1 841-7X-5 à 7 St-Priest COGEMA 3 sondages 157 à 576 logs sur quelques m de socle |
1 793-3X-2 La Louvesc OûA (barrage) 6 sondages 20-30 logs 1
1 769-8X-1 1 j Annonay OPHLM Annonay 17 sondages Remblai 10 maxi. Coupes géologiques |
1 770-6X-48 1 Anoance CNR 1 Sondage(barrage) Renblayé 18 à 50 1 Coupe géologique |
1 794-2X-49 1 Vion 1 1 CNR Sondage(barrage) Remblai 26.50 1 Coupe géologique | TABi: SOCLE ARDECHE Inventaire des sondages dans le socle
Département : RHONE (69)
1 n° BSS 1 Commune 1 Propriétaire 1 Nature 1 Etat actuel 1 Prof. (m) Données disponibles |