évaluation de la probabilité d'existence d'une karstification active dans le calcaire portlandien sous couverture crétacée au nord-ouest du champ de fractures de Soulaines-Dhuys (Aube) évaluation de ía probabilité d'existence d'une karstification active BRGM dans !e calcaire portlandien sous couverture crétacée au nord-ouest du champ de fractures de Soulaines-Ühuys (Aube) H. Paloc avec la collaboration de S. Cottoz N. Normand août 1 988 87 SGN 1R4SÏ0 BUREAU DE REChTHCHES <?*nLOG!CJJES ET MINIÈRES ÜEWICE GÉOLOGIQUE NATIONAL Département Htockeg s B.P. 6009 - 45050 OHLÉA^S CEDEX 2 - Tél.: 38.64.Í4.34 SOMMAIRE Pages RESUME INTRODUCTION 1 1/ DONNEES DE PALEOGEOGRAPHIE 2 2/ DONNEES DE MORPHOLOGIE 3 3/ DONNEES D'HYDROLOGIE SOUTERRAINE 6 CONCLUSION 12 DOCUMENTATION CONSULTEE 13 LISTE DES ANNEXES . Dans le texte ANNEXE 1 : Morphologie approchée du toit du réservoir aquifère portlandien. Localisation des ouvrages et points cités. ANNEXE 2 : Coupe schématique interprétative passant le secteur du Pli et la source de Soulaines. Hors Texte ANNEXE 3 : Extrait de la carte de D. BOUTON (SRAE Champagne-Ardenne ) . ANNEXE 4 : Inventaire des cavités souterraines et des forages dans le Portlandien dans les départements de l'Aude et de la Haute-Marne. ANNEXE 5 :. Note sommaire sur la 'productivité des calcaires portlandiens dans le Département de la Meuse. ANNEXE 6 : Forages au Portlandien des départements de l'Aube et de la Haute-Marne. Dossiers archivés au BRGM. ANNEXE 7 : Dossiers des cavités naturelles recensées dans les Départements de l'Aube, de la Haute-Marne et de la Meuse, archivés au BRGM. RESUME L'examen des données de paléogéographie, de morphologie et d 'hydrologie souterraine recueillies sur la région de Soulaines-Dhuys (Aube) en vue d'évaluer les risques qu'aurait pu entraîner 1 'existence d'un karst actif profond, d'âge Portlandien, sur la stabilité des terrains du site de stockage de surface retenu par l'ANDRA dans le secteur "du Pli", a permis de distinguer deux domaines aux caractéristiques très différentes : - 1 'un à 1 'Est de la faille de Soulaines où la karstification du Portlaridien et de sa couverture crétacée est très active et qui se trouve drainé par le groupe de sources de Trannes-Soulaines-Sommevoire , groupe localisé sur un champ de fractures sensiblement à la limite de captivité du réservoir ; - l 'autre à 1 'Ouest de la faille de Soulaines englobant le secteur "du Pli", où ce réservoir calcaire devient fortement captif sans possibilité de développement ou de réactivation d'un éventuel karst par absence d'écoulement notable, l'eau souterraine confinée dans cette partie du réservoir n'étant soumise qu'aux seules propagations d'ondes liées aux variations de charge des sources précitées. Le site choisi par l 'ANDRA apparaît ainsi particulièrement à l 'abri des risques redoutées. - 1 - INTRODUCTION En complément aux premières études confiées par l'ANDElA au BRGM, la question a été posée d'évaluer la probabilité de la présence de cavités karstiques dans les calcaires du Portlandien à l'aplomb du futur site de stockage de l'Aube sous 70 m de couverture d'âge crétacé. La présente note rassemble les données qui ont pu être sélectionnées dans le domaine de 1 'hydrogéologie en vue d'apporter réponse à cette question : il s'agit de données documentaires - références rappelées en fin de texte - utilement complétées par les éléments d'information qui ont été recueillis sur le terrain à l'occasion d'une tournée effectuée les 23 et 24 février 1987 en compagnie de Monsieur D. ElAMBAUD (SGR/CHA du BRGM). En l'état des connaissances, il apparaît très peu probable que des phénomènes karstiques de quelque ampleur aient pu altérer notablement les calcaires du Portlandien dans le secteur "du Pli" avant le dépôt au Crétacé des terrains qui les recouvrent. Mais, même en admettant que cette karstification ait pu se produire, on ne peut déceler dans ce secteur aucune cause ou effet qui pourraient constituer des indices de la réactivation de ce paléokarst par opposition à ce que révèle l'observation plus au sud du champ de fractures dit de Trannes-Soulaines-Sommevoire où se localisent les exutoires du système aquifère du Portlandien. On ne fera ici mention que de ce qu'il apparaissait utile de retenir à la suite des diverses observations antérieures touchant à la paléogéographie, à la morphologie et à l'hydrologie souterraine dans l'environnement du site. - 2 - 1. DONNEES DE PALEOGEOGRAPHIE (Paragraphe réalisé avec le concours de Monsieur B. ALABOUVETTE, géologue-cartographe du SGR/LRO) . Des témoignages de paléokarst existent à la limite Jurassique-Crétacé sur le pourtour du Bassin de Paris et plus particulièrement sur les marges les plus éloignées de l'ombilic du Bassin (marge armoricaine, marge Ardennes-Champagne, et confins du Massif Central). Si l'on se réfère à la paléogéographie de la fin du Jurassique, on constate que le secteur de l'étude se situe à la limite de conservation des dépôts purbeckiens (Jurassique terminal) et donc en bordure de l'ombilic du Bassin ou de ses digitations à cette époque. Par ailleurs, au Crétacé la région est atteinte par la mer dès sa première avancée au Valanginien. Ceci signifie : - que la durée de l'émersion a été minimale par rapport aux marges du Bassin ; - que le substratum calcaire n'a pu se trouver surélevé que de valeurs modestes par rapport aux niveaux de base représentés par la lagune purbecko-wealdienne, ou la mer crétacée ; - que pendant la durée de l'émersion le substratum portlandien n'a pas été vulnérable immédiatement, il a fallu en effet que soit d'abord érodée sa probable couverture purbeckienne peu perméable ; - enfin, si l'on examine les premiers terrains recouvrant la surface jurassique - Valanginien et Hauterivien - on s'aperçoit que les inégalités de la surface sont pratiquement effacées dès 1 'Hauterivien inférieur, soit avec en général moins de 10 m de dépôts. De telles considérations théoriques ne permettent pas d'éliminer tout à fait la possibilité d'un paléokarst à ce niveau mais elles conduisent à estimer que cette éventuelle altération karstique n'a pu affecter que la tranche la plus superficielle du Portlandien, la dénivellation entre surface de transgression et plus bas niveau de base ne révélant pas de différence notable. Mais, même en admettant cette possibilité, ce karst n'a pu qu'être colmaté par injection sous forte charge des sédiments argilo-sableux de sa couverture : l'on sait par divers travaux d'aménagement (fondations du barrage de Génissiat, m.ines de bauxite de la Roquette ...) que de tels paléokarsts révèlent souvent une bonne étanchéité s'ils conservent intégralement leurs produits de remplissage. On notera que l'observation du calcaire portlandien dans les carottes des sondages SCI et SC2 et SC3 ne révèle en tous cas aucun témoin (vide ou remplissage) qui puisse être attribué à une altération d'origine karstique. - 3 - 2. DONNEES DE MORPHOLOGIE S'il n'y a pas de différence sensible dans le modèle de surface et le chevelu du réseau hydrographique de part et d'autre du champ de fractures de Soulaines, par contre on observe, en quelques secteurs, divers indices de karstification mais qui sont tous localisés à l'Est de ce champ de fractures. Ainsi, dans l'aire grossièrement rectangulaire délimitée par les villages de Sommevoire, Dammartin, Doulevant, Maisons-les-Soulaines, Lévigny, Vernonvilliers, Sommevoire - aire de 120 km2 qui englobe pratiquement tous les indices signalés sur la carte D. Bouton exception faite de la source de Soulaines - on peut recenser un total de 122 points singuliers (67 dolines et 55 cavités naturelles et sources) se répartissant de la façon suivante (carte de situation en annexe 3) : Barrémien 5 dolines et 21 cavités naturelles Hauterivien 45 dolines et 24 cavités naturelles Valanginien 10 dolines et 5 cavités naturelles Portlandien 7 dolines et 5 cavités naturelles 90 % de ces points affectent ainsi les terrains de couverture (pour 10 % seulement qui s'observent sur le Portlandien). Si l'on considère l'altitude où se localisent ces points (pratiquement toujours en-dessous de la cote + 225) on constate, compte tenu du pendage, que la plupart se trouvent très proches (moins de 20 mètres) du toit du Portlandien, leur densité étant la plus forte là ou l'épaisseur des terrains de couverture est la plus faible, c'est-à-dire dans les zones topographiquement les plus basses : beaucoup d'entre eux sont en outre situés sur, ou, au voisinage d'accidents tectoniques. Les caractéristiques morphologiques (formes et dimensions) de ces points traduisent une origine commune très généralement reconnue par les divers auteurs dans l'ensemble des auréoles sédimentaires où alternent karsts et recouvrements de la bordure orientale du Bassin de Paris. Il s'agit le plus souvent de formes en creux de type entonnoir, de quelques mètres à 2 ou 3 dizaines de mètres de diamètre, et plus rarement de dolines d'effondrement à parois subverticales, affectant les argiles, sables argileux et marnes des formations de couverture sur 1 à quelques mètres de profondeur. A la base de certaines d'entre elles on peut observer la présence d'orifices de conduits karstiques dans le calcaire portlandien sous-jacent, orifices de section toujours plus modestes (d'ordre décimétrique ou métrique) difficilement penetrables par l'homme. - 4 - Lorsque c'est le cas (cas du gouffre de Sommevoire, dit de la cote aux chênes, sur 1200 mètres de longueur, ce qui est tout à fait exceptionnel), il est parfois possible d'accéder à un réseau karstique subhorizontal d'exploration malaisée - les spéléologues parlent de "boyaux" davantage que de "galeries" - développé à faible profondeur (1 à 10 mètres) en-dessous du toit du Portlandien, avec des dénivelés modestes et arrêt sur éboulis ou siphons : ces boyaux sont plus ou moins périodiquement noyés.