Rapport D'expertise

Rapport d’expertise :

Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

BRGM/RP-63566-FR Mai 2014

Cadre de l’expertise :

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

Date de réalisation de l’expertise : Mai 2014

Localisation géographique du sujet de l’expertise : Bourg- Fidèle (08)

Auteurs BRGM : CHABART Murielle

Demandeur : ARS Champagne-Ardenne

Le système de management de la qualité et de l’environnement est certifié par AFNOR selon les normes ISO 9001 et ISO 14001.

Ce rapport est le produit d’une expertise institutionnelle qui engage la responsabilité civile du BRGM.

Ce document a été vérifié et approuvé par :

Approbateur : Date : 19/06/2014

Nom : MATON Daniel Fonction : Directeur Champagne-Ardenne par intérim

Vérificateur : Date : 23/05/2014

Nom : CARY Lise Fonction : Hydrogéologue

Mots-clés : expertise – appuis à la police de l’eau, manganèse, eaux souterraine, fond géochimique, Bourg- Fidèle, Département Ardenne, Champagne-Ardenne

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

CHABART M. (2014) – Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08). Rapport BRGM/RP-63566-FR. 38 p., 20 fig.

Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Synthèse

Contexte :

Date de la formulation de la demande d’expertise au BRGM : 12/11/2012 (complément en réunion le 19/02/2014).

Demandeur : ARS Champagne-Ardenne.

Nature de l’expertise / question posée : Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse dans les eaux souterraines.

Situation du sujet : Commune de Bourg-Fidèle (08).

Nature de l’intervention du BRGM : Documents d’archives et informations communiqués par l’ARS et la DREAL Champagne-Ardenne. Visite sur site le 8 novembre 2013 et le 20 mai 2014.

Faits constatés / dossier examiné :

Dans le cadre de la réouverture du dossier METAL BLANC situé sur la commune de Bourg-Fidèle (08) par les services de la DREAL et de l’ARS, l’ARS a été sollicitée à plusieurs reprises par des habitants de la commune concernant des « pollutions » des ressources souterraines, notamment certaines sources, par du manganèse.

Par ailleurs, la surveillance des eaux souterraines règlementaire sur le site industriel de METAL BLANC laisse apparaitre en aval un dépassement notable non expliqué de manganèse (5 à 10 fois le seuil de potabilité) et de fer (10 à 20 fois le seuil de potabilité). Il s’avère que le manganèse n’entre pas dans le processus mis en œuvre à METAL BLANC mais la présence historique de sables de fonderie sur le site pourrait être un facteur déterminant.

La DREAL et l’ARS cherche à investiguer sur cette problématique du manganèse qui serait potentiellement et naturellement présent dans les terrains géologiques autour de Bourg-Fidèle.

Afin d’apporter des éléments complémentaires à l’ARS concernant la présence de ce polluant dans les eaux souterraines et les couches géologiques, le BRGM intervient dans le cadre des appuis à la police de l’eau.

Diagnostic du BRGM :

Le diagnostic du BRGM s’est basé sur des recherches bibliographiques relatives au polluant en cause, le manganèse, son comportement dans l’environnement et sa présence dans les eaux souterraines et les roches ainsi que sur les résultats du suivi de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site METAL BLANC et sur les résultats d’analyse de sol réalisées en novembre 2012 par l’INERIS sur la commune de Bourg-Fidèle.

Les informations rassemblées par le BRGM dans le cadre de cet appui semblent indiquer une origine naturelle des polluants métalliques tel que le fer et le manganèse qui sont présent dans les roches équivalentes à celles constituant le sous-sol de Bourg-Fidèle (phyllades du Revinien inférieur, sables du Quesnoy, altérites ou limons de plateau, diabases). Concernant les eaux souterraines, il existe trop peu de données disponibles sur la qualité des eaux souterraines dans ADES pour procéder à une analyse statistique et ainsi déterminer les caractéristiques chimiques de l’aquifère. Seules les données de suivi du

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 3 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08) site industriel de METAL BLANC sont disponibles à partir de 1998 et la gamme des paramètres recherchés est très restreinte.

Les analyses de sols réalisées par l’INERIS en novembre 2012 montrent qu’un certain nombre de substances pourraient être, sur certains secteurs du village, liées aux anciennes activités industrielles (fonderie, émaillerie) de Bourg-Fidèle.

Il apparait donc que dans l’état des connaissances actuelles, il n’est pas possible de conclure sur le caractère naturel des teneurs élevées en éléments traces métalliques (ETM) tel que le manganèse dans les eaux souterraines sur la commune de Bourg-Fidèle. De fait, il convient de réaliser des analyses de sols et d’eau souterraine complémentaires (sur la base d’un échantillonnage représentatif du milieu naturel hors influence anthropique) afin de caractériser le fond géochimique sur le secteur d’étude.

Recommandations du BRGM :

Dans l’objectif de définir le fond géochimique des sols de la commune de Bourg-Fidèle, il est recommandé de réaliser des sondages complémentaires de sol dans le secteur de Bourg-Fidèle sur des parcelles de forêts ou de prairies et d’analyser les éléments traces et majeurs suivants : As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, F, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, Zn, Al, Ca, Fe, K, Mg, Na ainsi que les paramètres physico-chimiques in situ. La méthode d’échantillonage se fera par horizon pédologique avec au minimum trois prélèvements : superficiel (0 à 30 cm), semi-profond (30 à 50 cm) et profond (> 50 cm). Il conviendra de respecter la norme NF EN ISO 19258 Septembre 2011 : Qualité du sol - Guide pour la détermination des valeurs de bruit de fond.

La localisation des points de prélèvement sera établie sur recommandations de la collectivité après accord des propriétaires dans un rayon d’environ 2 km autour du centre de l’agglomération et en tenant compte de la diversité de la variété des formations géologiques constituant le sous-sol.

Dans l’objectif de définir le fond géochimique des eaux souterraines de la commune de Bourg-Fidèle, il est recommandé de réaliser une campagne d’analyse selon les normes en vigueur portant sur les eaux souterraines (fraction filtrée à 0,45 µm) avec quantification des majeurs et des éléments traces notamment métaux et métalloïdes ainsi que les caractéristiques générales de l'eau (Al, Ag, Ba, B, Cu, Fe, Mn, F, P, Zn, Sb, As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, Se, Ca, Mg, Na, K, SiO2, Cl, NO3, SO4, CO3, HCO3, COD, MES) ainsi que les paramètres physico-chimiques in situ (pH, conductivité, potentiel d’oxydo-réduction, oxygène dissous, température, alcalinité).

La localisation des points de prélèvements (sources de préférence) est établie sur proposition du BRGM en fonction de critères géologiques et d’accessiblité dans un rayon de 3 km autour du centre de la commune de Bourg-Fidèle : 6 à 8 points constituraient un échantillon raisonnablement représentatif des différentes formations géologiques sur le secteur d’étude. Le choix définitif des points de prélèvement devra faire l’objet d’une demande d’autorisation auprès de la collectivité et des propriétaires des parcelles concernées.

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Sommaire

1. Contexte ...... 7

2. Informations de base sur le manganèse ...... 7

3. Contexte géologique et hydrogéologique ...... 8

3.1. CONTEXTE GEOLOGIQUE ...... 8

3.2. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE ...... 10

4. Suivi de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site industriel METAL BLANC ... 11

4.1. PRESENTATION DU SITE INDUSTRIEL ...... 11

4.2. PRESENTATION DU RESEAU DE SUIVI DE LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES ...... 11

4.3. RESULTATS DE L’HISTORIQUE DU SUIVI AMONT ENTRE 1998 ET 2010 ...... 12

4.4. RESULTATS DE L’HISTORIQUE DU SUIVI AVAL ENTRE 1998 ET 2010 ...... 14

5. Diagnostic ...... 17

5.1. DEFINITION ...... 17

5.2. FOND GEOCHIMIQUE DES EAUX SOUTERRAINES ...... 17

5.3. FOND GEOCHIMIQUE DES ROCHES ...... 19

5.4. ANALYSE DES SOLS SUR LA COMMUNE DE BOURG-FIDELE ...... 19

6. Recommandations / avis ...... 27

6.1. PRELEVEMENTS SUR LES SOLS ...... 27

6.2. PRELEVEMENTS SUR LES EAUX SOUTERRAINES ...... 29

7. Bibliographie ...... 34

Annexe 1 ...... 35

Annexe 2 ...... 37

Annexe 3 ...... 38

Liste des illustrations (figures, tableaux, etc.)

Figure 1 - Carte géologique du Massif Cambrien de Rocroi. D’après rapport BRGM HATRIVAL, 1985...... 8

Figure 2 - Colonne stratigraphique et lithologie du Cambrien du massif de Rocroi (l'échelle des épaisseurs et les détails de la lithologie ne sont pas respectés)...... 9

Figure 3 - Description des sables de Quesnoy d’après carte géologique de Rocroi n°52 ...... 10

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Figure 4 – Cartographie du réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site METAL BLANC mis en place à partir de 1998 ...... 13

Figure 5 – Graphique d’évolution des teneurs en sulfates sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr ) ...... 14

Figure 6 - Graphique d’évolution des teneurs en manganèse sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr ) ...... 15

Figure 7 - Graphique d’évolution des teneurs en fer sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )...... 16

Figure 8 - Graphique d’évolution des teneurs en zinc sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )...... 16

Figure 9 – (a) Lithologie associée aux aquifères du socle ardennais et principaux éléments présents. (b) Caractéristiques hydrogéologiques des aquifères du socle ardennais et analyse prédictive des occurrences en éléments traces dans les eaux (d’après BRENOT et al., 2007) ...... 18

Figure 10 – Résultat de l’étude spectroscopique sur les schistes de Revin (R) et Aubrives (A). D’après RICOUR et VAYSSE, 1955...... 19

Figure 11 - Article du journal « L’Ardennais » du 23/11/2012 ...... 20

Figure 12 – Localisation des anciens sites industriels sur la commune de Bourg-Fidèle. D’après ANTEA, 1998 ...... 22

Figure 13 – Cartographie des teneurs en manganèse (d’après les analyses de sol réalisées en nov-2012 par INERIS sur la commune de Bourg-Fidèle). En rouge les valeurs supérieures au 9ème décile. En orange les valeurs supérieures à la médiane. En jaune les valeurs inférieures à la médiane...... 23

Figure 14 – Cartographie des teneurs en nickel (d’après les analyses de sol réalisées en nov-2012 par INERIS sur la commune de Bourg-Fidèle). En rouge les valeurs supérieures au 9ème décile. En orange les valeurs supérieures à la médiane. En jaune les valeurs inférieures à la médiane...... 24

Figure 15 – Cartographie des teneurs en zinc (d’après les analyses de sol réalisées en nov-2012 par INERIS sur la commune de Bourg-Fidèle). En rouge les valeurs supérieures au 9ème décile. En orange les valeurs supérieures à la médiane. En jaune les valeurs inférieures à la médiane...... 25

Figure 16 – Cartographie des teneurs en cuivre (d’après les analyses de sol réalisées en nov-2012 par INERIS sur la commune de Bourg-Fidèle). En rouge les valeurs supérieures au 9ème décile. En orange les valeurs supérieures à la médiane. En jaune les valeurs inférieures à la médiane...... 26

Figure 17 – Extrait de la carte géologique n°52 de ROCROI (D’après GEORAPPORT BRGM http://editions.brgm.fr ) ...... 29

Figure 18 – Carte n°1 de localisation des points de prélèvement potentiels pour la détermination du fond géochimique des eaux souterraines autour de la commune de Bourg-Fidèle (08). Extrait de la carte géologique de Rocroi de 1963 (Ed. BRGM)...... 32

Figure 19 – Carte n°2 de localisation des points de prélèvement potentiels pour la détermination du fond géochimique des eaux souterraines autour de la commune de Bourg-Fidèle (08). Fond topographique SCAN25©IGN 2010...... 32

Figure 20 – Carte de pré-localisation les points de prélèvements envisagés pour définir le fond géochimique des sols ( ) et des eaux souterraines ( ) sur le secteur de Bourg-Fidèle (08). Source : Carte géologique harmonisée des Ardennes (BRGM) ...... 33

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1. Contexte

La DREAL et l’ARS cherchent à investiguer sur cette problématique du manganèse qui serait potentiellement et naturellement présent dans les terrains géologiques autour de Bourg-Fidèle.

Le BRGM s’attachera à fournir à l’ARS des données complémentaires concernant :

 Le polluant (manganèse), son comportement dans l’environnement et sa présence dans les eaux souterraines et les roches ;

 Le suivi de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site METAL BLANC ;

 Le fond géochimique des sols et des eaux sur le secteur de Bourg-Fidèle ;

 Les recommandations nécessaires à l’identification des pollutions en manganèse notamment les points de prélèvement possible et les paramètres in situ à mesurer pour la réalisation d’une campagne spécifique.

2. Informations de base sur le manganèse

Le manganèse est un élément métallique relativement peu abondant sur terre contrairement à l’aluminium ou au fer, avec une teneur moyenne de 0,1% dans les sols, roches et sédiments. Le manganèse se trouve dans de nombreux silicates (fréquente substitution avec Fe2+), ainsi que dans des oxydes. Il passe facilement en solution, pour précipiter ensuite et se concentrer dans diverses roches sédimentaires. Il est également présent en traces dans les minéraux tels que la sidérite (FeCO3).

La teneur en manganèse dans les eaux, comme pour le fer, est contrôlée par les conditions d’oxydo- réduction (et de pH dans une moindre mesure) : on trouve des teneurs de plus de 1 mg/L de Mn dans des eaux acides et pauvres en oxygène. En milieu oxygéné, la concentration en Mn est limitée par la précipitation de minéraux et la co-précipitation avec les hydroxydes.Les milieux généralement confinés (pauvres en oxygène) se caractérisent par des minéralisations fortes, un potentiel d’oxydo-réduction bas, un pH acide et la présence fréquente de fer et manganèse. La présence de matière organique dont la dégradation consomme de l’oxygène est également un facteur déterminant et peut jouer en faveur d’une augmentation de la teneur en manganèse dans le milieu.

Le manganèse Mn2+ est soluble à pH neutre et modérément alcalin. Le manganèse est très soluble à pH inférieur à 7. La solubilité de Mn2+ est cependant inférieure à celle du Fe2+ quel que soit le potentiel rédox en milieu acide.

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L’origine des éléments métalliques dans les eaux souterraines peut avoir une origine naturelle par altération des roches ou anthropique (pollutions industrielles des sols ou des eaux notamment par des effluents, les eaux d’exhaure acide, des eaux usées, des lixiviats…ou tout autre apport en matière organique entrainant une diminution de la teneur en oxygène de l’eau).

A des concentrations supérieures aux normes de potabilité (Fe=200 µg/L et Mn=50 µg/L), le fer et le manganèse peuvent modifier le goût, l’odeur et la couleur de l’eau (formation de dépôt noir pour le Mn ou rouge pour Fe, développement de bactéries indésirables).

Les principaux mécanismes physico-chimiques qui affectent les teneurs en métaux dans les sols et les eaux sont :

 L’adsorption/désorption des métaux sur les phases solides (influencées par les conditions physico- chimique tels que variations de pH ou de potentiel d’oxydo-réduction - valable notamment pour Fe et Mn) ;

 La précipitation/dissolution des métaux (spéciation chimique) ;

 La complexation des métaux avec certaines substances humiques ou constituants organiques du sol, qui empêche l’adsorption ou la précipitation ;

 L’oxydo-réduction des métaux qui permet un changement de phase de certains éléments, les rendant ainsi plus ou moins solubles. Ainsi, lors d’une diminution de la disponibilité en oxygène dans les eaux souterraines (zone captive d’un aquifère, consommation importante d’O2 dissous par la MO,..) le Fe3+ et le MnIV (non solubles) se transforment en Fe2+ (ou Fe(II)) et Mn2+ (ou Mn (II)) qui peuvent alors se retrouver en concentrations importantes dans les eaux.

3. Contexte géologique et hydrogéologique

3.1. CONTEXTE GEOLOGIQUE

La commune de Bourg-Fidèle se trouve localisée sur les terrains primaires du Cambrien du Massif des Ardennes dénommé également dans la littérature « massif ou plateau de Rocroi ».

Bourg-Fidèle

Figure 1 - Carte géologique du Massif Cambrien de Rocroi. D’après rapport BRGM HATRIVAL, 1985.

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Les formations du Cambrien correspondent à une succession de couches de schistes fins, parfois ardoisiers et de quartzites fortement plissées et renversées (pendage au Sud) et brisées par des failles longitudinales et transverses. La structure du massif de Rocroi est ainsi très complexe. On distingue (cf. carte géologique de Rocroi n°52) :

 le Devillien constitué de quartzites gris blanchâtres et de phyllades1 verts ou verts bleutés, avec des veines d'ardoises violettes et vertes à gris bleu. La teinte claire des phyllades est due au fer qui se trouve à l’état oxydé. Une abondante présence de fer conduit à une coloration rouge ou violette des schistes les plus fins ;

 le Revinien constitué de quartzites gris noirs et des phyllades noirs dont certains sont ardoisiers (épaisseur 1000 à 1500 m). La teinte foncée des schistes est due au fer qui se trouve à l'état de pyrite. C’est la formation dominante du secteur d’étude.

On trouve également des filons ou sills de roches magmatiques lenticulaires entre les couches schisteuses d’âge dévonien tels que des dolérites altérées ou diabases qui renferment de nombreux minéraux (hornblende, chlorite, épidote...).

La carte géologique harmonisée sur le secteur se trouve en annexe 1.

Figure 2 - Colonne stratigraphique et lithologie du Cambrien du massif de Rocroi (l'échelle des épaisseurs et les détails de la lithologie ne sont pas respectés). Cf. http://wheb.ac-reims.fr/ressourcesdatice/DATICE/lithotheque/sitesardennes/r7haffleure/complements.htm

Le plateau de Rocroi est largement recouvert d’altérites ou limons de plateau sur une épaisseur variable de quelques mètres à une dizaine de mètres. Les formations sont généralement argileuses et contiennent de nombreux fragments très altérés des roches sous-jacentes, preuve de leur formation in-situ : « fragments de quartzite blanchis par l’altération et arrondis sur leurs arêtes et débris de schistes complètement décolorés

1 Schiste ardoisier ou argileux ; schiste durci par le métamorphisme.

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 9 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08) ayant parfois perdu toute consistance et se réduisant en poudre en boue argileuse » (d’après carte géologique de Rocroi n°52).

Les sables du Quesnoy (Landénien continental) forment des placages sur les points les plus élevés du plateau de Rocroi (supérieur à 300 m d’altitude) notamment à Bourg-Fidèle. Il s’agit de sables quartzeux atteignant parfois 6 m d’épaisseur (Figure 3).

Figure 3 - Description des sables de Quesnoy d’après carte géologique de Rocroi n°52

3.2. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE

Les altérites ou limons de plateau et les sables du Quesnoy, constituent une nappe peu profonde à la base au contact avec les phyllades du Cambrien sous-jacent, et donnent naissance à de nombreuses sources à débit souvent limité, à des marécages et à des ruisseaux. Mais la composition très argileuse de ces niveaux n’offre pas de bonnes perméabilités.

Les formations du Revinien, soumises à des contraintes tectoniques très importantes, ne possèdent que très peu de perméabilité d’interstice et sont donc très peu aquifères. Elles conservent parfois une perméabilité de fissures (liée à la fracturation d’origine tectonique et climatique). Si les quartzites du Cambrien ont des fractures susceptibles de rester ouvertes, les schistes en revanche s’altèrent en donnant des produits argileux qui colmatent les fissures et réduisent ainsi les circulations. Certaines sources naissent à la faveur de failles. Lorsque les zones faillées se trouvent sur les crêtes anticlinales (comme c’est le cas à Bourg-Fidèle), les fractures sont généralement ouvertes (travail des terrains en distensions) et conduisent à des débits intéressants pour ce type de formations schisteuses.

Il n’existe pas localement de cartographie de la piézométrie. L’écoulement des nappes est vraisemblablement orienté du Nord vers le Sud (d’après rapport GRIERE d’aout 2000).

On compte sur le secteur d’étude plusieurs ouvrages captant les ressources souterraines :

Source AEP du Bois de l’Echelle d’indice BSS 00527X0001 et forage n°00683X0044 situés à SEVIGNY-LA- FORET et alimentant TREMBLOIS-LES-ROCROI :

 Débit de la source limité et utilisation complémentaire d’un forage très peu productif de 40 m ;

 La source présente une eau ferrugineuse et très agressive (nombreux dépôts) (cf rapport B. PETIT de 1974 (DDA)) ;

 Les eaux présentent un pH acide (entre 5,6 et 6,8) et une faible minéralisation (44 à 145 µS/cm). L’eau du forage présente une concentration en fer supérieure à la CMA (cf. rapport O. GRIERE de 2000). La présence de fer en quantité plus importante dans le forage que dans la source peut s’expliquer par la nature captive de l’aquifère sous le recouvrement superficiel, le manque d’oxygénation et les conditions plus réductrices.

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Prise d’eau de la Richolle pour le Syndicat de la Rimogneuse (Communes de Rimogne, Harcy, Chatelet-sur- Sormonne) et captages de sources d’indice BSS n°00683X0012 situés à Rimogne :

 Eaux ferrugineuses : le fer précipite au contact de l’air sous forme d’oxyde de fer hydraté (limonite) de teinte jaune et colore en roux les cailloux du ruisseau (cf. rapport G. WATERLOT de 1954).

Les eaux issues des formations du Revinien ou des formations superficielles ont une qualité chimique comparable (cf. rapport BRGM de 1980). Il s’agit d’eaux peu minéralisées, agressives, avec des teneurs élevées en fer.

4. Suivi de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site industriel METAL BLANC

4.1. PRESENTATION DU SITE INDUSTRIEL

L'entreprise METALBLANC se trouve dans la commune de BOURG-FIDELE, en limite du cours d’eau la Murée situé à l’ouest du site. Le site est implanté sur des schistes altérés du socle ardennais qui est en grande partie coiffé par des limons des plateaux argilo-sableux (altérites de socle) et les sables Quesnoy du Landénien continental.

Localement les terrains ne sont pas considérés comme réellement aquifères, au mieux comme des unités semi-perméables (faciès sableux et schistes altérés)  faibles productivités des puits de la commune y compris ceux de l’usine. La perméabilité des terrains étant vraisemblablement très faible, les vitesses de circulation des eaux souterraines sont a priori très lentes  favorise les échanges entre les eaux et la matrice solide. Les eaux souterraines s'écoulent vers le Nord-Ouest.

La société Métal Blanc recycle les batteries de plomb et dispose d'une fonderie de plomb. Les activités sont organisées en une unité de deuxième fusion de plomb et d'affinage. La société dispose aussi d’une ancienne zone de remblai (actuellement confinée) où l’on retrouve d’importantes quantités de métaux lourds. Le diagnostic initial du site a été réalisé en 1998 et le diagnostic approfondi en 1999. Une pollution des sols de l’usine par du plomb a été relevée (concentrations en plomb du sol comprises entre 212 et 945 mg/kg de matière sèche). Les travaux de décapage des sols pollués autour de l'usine ont été réalisés en 2000. Le cours d’eau la Murée, situé à l’ouest en aval du site, contenait également des sédiments fortement chargés en plomb, cadmium et arsenic. Aucune action n’a été entreprise de crainte d’un relargage massif dans les eaux superficielles.

L’ancienne zone de remblais (reposant sur une couche argileuse de 2 mètres d’épaisseur surmontant les schistes) présentant des concentrations importantes en métaux lourds comme le plomb, des travaux de traitement ont été entrepris en Janvier 2002 puis la mise en place du confinement des remblais a été réalisée en 2005. L'exploitant a remis à l’administration en janvier 2006 le dossier de récolement concernant l'étanchéité du site. Le rapport d'inspection finale des travaux et les résultats des contrôles opérés après les travaux de pose se sont révélés conformes. La visite d'inspection des installations classées de mai 2006 a permis également de constater la présence de la couverture végétale.

En 2009, sur la demande de la DRIRE, le chenal de transport des eaux de rejet vers la station d’épuration a été étanchéifié.

4.2. PRESENTATION DU RESEAU DE SUIVI DE LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES

Le site dispose de 3 piézomètres placés en amont du site (PZ4, PZ5 et PZ6 mis en place en octobre 2009) et de trois autres situés en aval du site (PZ1, PZ2 depuis 1998 et PZ3 depuis 2000).

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D’autres ouvrages ont été suivis au niveau de l’usine (PUITS USINE) ou dans le village en amont (P8, P13, P15, PGARE) ; jugés non représentatifs les suivis ont été rapidement arrêtés (2001)  « les puits situés en amont appartiennent au BV de la Gravelle et semblent capter un type d’aquifère différent sous le village de Bourg-Fidèle » d’après le rapport de suivi ANTEA A208077/A de 2000. Cette conclusion n’a jamais été démontrée et il faudra attendre 9 ans (en 2009) pour compter de nouveau un suivi des eaux souterraines en amont du site industriel (PZ4, PZ5 et PZ6).

Sur la base des connaissances acquises dans le cadre de cet appui, il est en effet vraisemblable que les puits du village de Bourg-Fidèle captent des niveaux différents de ceux situés en aval des installations de METAL BLANC (sables du Quesnoy) mais qu’ils sont néanmoins représentatifs du bruit de fond hydrogéochimique local  cependant, on ne dispose d’aucune coupe ou profondeur totale pour les puits du village de Bourg-Fidèle.

Le suivi des piézomètres en aval du site a été réalisé régulièrement (fréquence trimestrielle) entre 1999 et 2008 (quelques exceptions en 1999 et 2001). Depuis 2010, la fréquence est semestrielle. Les substances recherchées sont les HAP, les hydrocarbures totaux, le fer, le plomb, le cadmium, le zinc, le nickel, l’arsenic), les phénols et les sulfates (AC du 10 mai 1999). Les paramètres tels qu’oxygène dissous et potentiel Redox n’ont pas été suivis, ce qui ne permet pas de dire s’il y a eu des modifications du chimisme des eaux souterraines avec le temps qui auraient pu entrainer la libération de Mn.

Le piézomètre PZ1 (prof. 10 m) a été implanté en 1998 dans les remblais de l’usine, ceux-ci étant caractérisés par des matériaux riches en plomb et contenant également de l’arsenic, du cadmium, du cuivre et du zinc. Le piézomètre a traversé 1,5 m de remblais, 2,5 m d’altérites (i(P)) avant d’atteindre les schistes du socle à 4 m de profondeur. Les niveaux d’eau se situent entre 2,5 et 6,5 m de profondeur.

Le piézomètre PZ2 (prof. 6,5 m) est implanté en bordure aval du bassin de la station de traitement des eaux pluviales. Le piézomètre a traversé 60 cm de remblais, 1,2 m de terrains silteux couleur rouille, 1,5 m d’altérites (i(P) avant d’atteindre les schistes du socle à 3,9 m de profondeur. Les niveaux d’eau se situent entre 2,5 et 4 m de profondeur.

4.3. RESULTATS DE L’HISTORIQUE DU SUIVI AMONT ENTRE 1998 ET 2010

En 1998, on détecte des teneurs en manganèse2 sur les puits en amont de 6 µg/L (P8) à 172 µg/l (P15). Le fer est également détecté sur P8 (90 µg/L). L’arsenic et le cadmium ne sont pas retrouvés (<10 µg/L). On note quelques traces de plomb (4 et 6 µg/L sur P8 et P13), cadmium (0,6 à 5 µg/L sur PZ4 PZ5 PZ6) et de nickel (6 µg/L sur P8 et P15). L’aluminium est prépondérant sur P15 avec 320 µg/L à des teneurs comparables à l’aval (PZ2) ; non détecté sur P8 et 70 µg/L sur P13. Le zinc est retrouvé en amont à 8 et 26 µg/L sur P13 et P15 et à 511 µg/L sur P8.

La surveillance de P15 s’est prolongée jusqu’en octobre 2000 sur un petit nombre de paramètres. Le pH montre des valeurs faibles favorables à la solubilisation et constantes entre 5,4 et 5,8. La conductivité est moyenne entre 336 et 389 µS/cm. Les sulfates ont également des concentrations stables entre 51 et 57 mg/L. Le manganèse n’est pas recherché mais le fer affiche des valeurs variables entre 60 et 220 µg/L. Les autres métaux tels que Ni (10 à 14 µg/L) et Zn (43 à 118 µg/L) sont retrouvés mais pas l’arsenic. Le plomb est retrouvé ponctuellement (5 µg/L en juillet 1999).

Le suivi amont a repris en nov-2009 et mai 2010 sur 3 ouvrages récents dont les coupes n’ont pas été communiquées en BSS. Du point de vue des métaux, les concentrations sont importantes en amont pour le manganèse (10 à 237 µg/L => max sur PZ5) et globalement équivalentes aux valeurs de 1998-2000 pour le fer (50 à 90 µg/L). Cadmium, plomb et nickel sont détectés en traces (entre 0,6 et 10 µg/L) ; le Ni atteint 29 µg/L sur PZ5 en mai 2010. Le zinc est également présent entre 12 et 50 µg/L ; jusqu’à 331 µg/L sur PZ4 en nov-2009. Les sulfates varient entre 7 et 73 mg/L et les chlorures entre 26 et 92 mg/L.

2 Concentration maximale admissible ou CMA fixée à 50 µg/l

12 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Figure 4 – Cartographie du réseau de surveillance de la qualité des eaux souterraines en amont et en aval du site METAL BLANC mis en place à partir de 1998

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 13 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

4.4. RESULTATS DE L’HISTORIQUE DU SUIVI AVAL ENTRE 1998 ET 2010

Sulfates (CMA fixée à 250 mg/L)3

De 1998 à 2010 (Figure 5), on constate globalement une diminution des teneurs en sulfates pour les trois ouvrages en aval, notamment pour PZ2 (1348 à 563 mg/L) et PZ1 (435 à 56 mg/L). La diminution plus importante de 2009 s’explique vraisemblablement par les travaux menés en 2008 (mise à place d’un chenal entre les stations de traitement et le point de rejet dans le milieu naturel). Ce paramètre est particulièrement sensible aux changements de conditions Redox.

Evolution des teneurs en sulfates (mg/L) 1600 Résultat analyse sulfates PZ1

Résultat analyse PZ2 1400 Résultat analyse PZ3

1200

1000

800

600

400

200

01/12/2009 01/04/1998 01/08/1998 01/12/1998 01/04/1999 01/08/1999 01/12/1999 01/04/2000 01/08/2000 01/12/2000 01/04/2001 01/08/2001 01/12/2001 01/04/2002 01/08/2002 01/12/2002 01/04/2003 01/08/2003 01/12/2003 01/04/2004 01/08/2004 01/12/2004 01/04/2005 01/08/2005 01/12/2005 01/04/2006 01/08/2006 01/12/2006 01/04/2007 01/08/2007 01/12/2007 01/04/2008 01/08/2008 01/12/2008 01/04/2009 01/08/2009 01/04/2010

Figure 5 – Graphique d’évolution des teneurs en sulfates sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )

Plomb (CMA fixée à 10 µg/l)

Le plomb a déjà été observé dans tous les ouvrages depuis 1998, mais les plus fortes concentrations ont été mesurées au niveau du site, avec 187 µg/L au puits usine en 1998 et avec 244 µg/L en PZ1 en déc-2000. Sur PZ2, les maxima sont atteints en 1998 et 1999 avec 27 et 17 µg/L. Sur PZ3, les concentrations sont ponctuellement importantes (28 µg/L en mars 2003 et 35 µg/L en juin 2008). Sur ces trois piézomètres, les concentrations ont ensuite régressé jusqu’à atteindre 10 µg/L en 2010.

Manganèse (CMA fixée à 50 µg/L)

Ce paramètre n’a pas été suivi régulièrement ; seules 5 années de suivi sont disponibles en aval : 1998, 1999, 2008, 2009 et 2010. Le manganèse a systématiquement des concentrations anormales sur PZ1 (remblais) depuis 2008 (Figure 6).

3 Les CMA ou concentrations maximales admissibles sont données par rapport à la Directive 98/83/CE du 3 novembre 1998.

14 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Evolution des teneurs en Mn (µg/L)

30000 mai 2009

25000

20000

15000

déc-2008

10000 mai 2010

nov 2009 avril 1998

5000

00527X0013/PZ1 00527X0014/PZ2 00527X0013/PZ1 00527X0014/PZ2 00527X0019/PZ5 00527X0013/PZ1 00527X0014/PZ2 00527X0019/PZ5 00527X0013/PZ1 00527X0014/PZ2 00527X0019/PZ5 00527X0024/PZ4 00527X0025/PZ5 00527X0026/PZ6 00527X0013/PZ1 00527X0014/PZ2 00527X0019/PZ5 00527X0024/PZ4 00527X0025/PZ5 00527X0026/PZ6

00527X0017/P13 00527X0018/P15 00527X0016/PUITS8 00527X0015/PUSINE Figure 6 - Graphique d’évolution des teneurs en manganèse sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )

Fer (CMA fixée à 200 µg/l)

De 1999 à 2004 (Figure 7) la concentration en fer passe de 30 mg/l à 995 mg/l en aval au PZ2. Elle connaît ensuite une diminution de 2004 à 2005 de 995 mg/l à 129 mg/l puis une augmentation jusqu’en 2007 à 229 mg/l au PZ1, puis une diminution de 2007 à 2009 de 229 mg/l au PZ1 à 123 mg/l au PZ1. Les anomalies en fer sont très importantes sur PZ1 notamment depuis 2004 (valeur de déc-2004 à 995 mg/l) avec une tendance à la baisse ensuite. Sur PZ2 et PZ3, les teneurs sont beaucoup plus faibles.

Zinc (CMA fixée à 5 mg/l)

Sur PZ2, la concentration en zinc est excessivement élevée en 1998 et 1999 entre 10 et 3 mg/L. Ensuite les concentrations diminuent progressivement de 526 à 81 µg/L (Figure 8). Sur PZ1 et PZ3, les teneurs ont toujours été plus faibles.

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 15 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Evolution des teneurs en fer (µg/L)

250 000

Résultat analyse Fer PZ1 Résultat analyse Fer PZ2 Résultat analyse Fer PZ3 200 000

150 000

100 000

50 000

01/08/2002 01/08/2009 01/04/1998 01/08/1998 01/12/1998 01/04/1999 01/08/1999 01/12/1999 01/04/2000 01/08/2000 01/12/2000 01/04/2001 01/08/2001 01/12/2001 01/04/2002 01/12/2002 01/04/2003 01/08/2003 01/12/2003 01/04/2004 01/08/2004 01/12/2004 01/04/2005 01/08/2005 01/12/2005 01/04/2006 01/08/2006 01/12/2006 01/04/2007 01/08/2007 01/12/2007 01/04/2008 01/08/2008 01/12/2008 01/04/2009 01/12/2009 01/04/2010

Figure 7 - Graphique d’évolution des teneurs en fer sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )

Evolution des teneurs en Zn (µg/L)

600 Résultat analyse Zn PZ1

Résultat analyse Zn PZ2

Résultat analyse Zn PZ3 500

400

300

200

100

01/10/2003 01/10/2006 01/10/2000 01/01/2001 01/04/2001 01/07/2001 01/10/2001 01/01/2002 01/04/2002 01/07/2002 01/10/2002 01/01/2003 01/04/2003 01/07/2003 01/01/2004 01/04/2004 01/07/2004 01/10/2004 01/01/2005 01/04/2005 01/07/2005 01/10/2005 01/01/2006 01/04/2006 01/07/2006 01/01/2007 01/04/2007 01/07/2007 01/10/2007 01/01/2008 01/04/2008 01/07/2008 01/10/2008 01/01/2009 01/04/2009 01/07/2009 01/10/2009 01/01/2010 01/04/2010

Figure 8 - Graphique d’évolution des teneurs en zinc sur les piézomètres de suivi aval du site METALBLANC (source des données : DREAL - http://www.ades.eaufrance.fr )

16 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Nickel (CMA fixée à 20 µg/l)

Comme pour le zinc, le nickel est détecté sur PZ2 à des concentrations importantes notamment en 1998 et 1999 avec 134 et 165 µg/L. Sur PZ1 et PZ3, les concentrations sont moins élevées. On note une régression des teneurs entre 2001 et 2008 pour PZ2 et PZ1.

Cadmium (CMA fixée à 5 µg/l)

Comme précédemment avec le zinc et le nickel, le cadmium présente de fortes concentrations sur PZ2 en 1998 et 1999 (150 à 260 µg/L). Ensuite, cet élément est retrouvé à des valeurs inférieures à 5 µg/L. Sur PZ1 et PZ3, la présence du cadmium est détectée à des valeurs supérieures à 3 µg/L sauf en mai 2010 (8 et 5 µg/L).

Bilan

Les teneurs amont étant nettement inférieures à celles observées en aval, les anomalies constatées en métaux (manganèse, fer, zinc, cadmium, plomb, nickel) et sulfates sont associées directement ou indirectement à l’activité du site (notamment les remblais et les eaux de rejet de la station de traitement).

Si certaines concentrations de ces substances sont directement liées aux activités du site, d’autres pourraient être induites par les conditions de pH acides et d’oxydo-réduction en aval, telles que celles du fer et du manganèse. Or, le suivi qui a été réalisé jusqu’à présent ne permet pas d’estimer les conditions de pH et d’oxydo-réduction du milieu souterrain en amont et en aval du site.

En conséquence, le suivi en amont et en aval du site devrait s’effectuer sur une palette plus large d’éléments afin d’expliquer les conditions physico-chimiques qui règnent au droit du site et mieux qualifier l’impact du site : Paramètres à suivre systématiquement et à mesurer in situ juste après prélèvement : pH, potentiel redox et oxygène dissous (estimer l’impact du milieu réducteur sur les concentrations observées).

Il est difficile de mettre en œuvre des corrélations entre les trois paramètres principalement impliqués dans les processus de solubilisation, d’oxydo-réduction (Fe, Mn, SO4) car il n’y a pas assez de données notamment pour Mn et peu d’informations sur les conditions de prélèvement (filtration ou pas ?).

5. Diagnostic

5.1. DEFINITION

Le fond géochimique est la composition chimique d'un sol ou d’une roche qui détermine en partie la qualité des eaux superficielles et souterraines.

On distingue généralement le « fond géochimique naturel », qui résulte exclusivement de l'évolution de la roche-mère et des apports naturels, et le « fond d'origine anthropique » qui exprime la part des éléments exclusivement introduits dans le milieu par les activités humaines ou suite à ces activités.

5.2. FOND GEOCHIMIQUE DES EAUX SOUTERRAINES

Sur le secteur de Bourg-Fidèle, il existe trop peu de données disponibles sur la qualité des eaux souterraines dans ADES pour procéder à une analyse statistique et ainsi déterminer les caractéristiques

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 17 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08) chimiques de l’aquifère. Seules les données de suivi du site industriel de METAL BLANC sont disponibles à partir de 1998 et la gamme des paramètres recherchés est trop restreinte.

Afin d’appréhender le fond géochimique des eaux souterraines sur le secteur de Bourg-Fidèle, nous avons procédé à une recherche bibliographique concernant des lithologies comparables à celles rencontrées sur le secteur d’étude.

Les aquifères de socle à dominante schisteuse (comme celui qui a été identifié à Bourg-Fidèle) ne sont pas référencés en tant que tels car très peu productifs et donc très peu utilisés et surveillés (pas de données).

La bibliographie existant sur le sujet (BRGM, 2006 et BRENOT et al., 2007) montre néanmoins quelques résultats sur les aquifères suivants :

 Aquifères de socle cristallin (y compris schistes) à l’échelle de la France (y compris Ardennes)  cf. tableau statistique en annexe 2 où fer et manganèse ne sont pas pris en compte (uniquement les majeurs) ;

 Aquifères du socle Ardennais (distinction des formations du Givétien, du Dévonien inf. et du Cambrien)  cf. Figure 9 où l’on retrouve le manganèse et le fer comme éléments traces susceptibles d’être présents dans les roches et les eaux souterraines.

L’étude de 2007 n’a pas permis de délimiter les zones à risques sur la masse d’eau B1G019 faute de données suffisantes notamment concernant le rattachement de chaque point de prélèvement aux lithologies associées (en particulier Gedinnien, Siegénien, Revinien). Mais on notera la présence probable de fer et de manganèse dans les roches.

(a)

(b)

18 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

5.3. FOND GEOCHIMIQUE DES ROCHES

Les recherches bibliographiques ont conduit à identifier notamment un inventaire des ressources minières françaises des années 70-80. Il n’est jamais fait référence au massif cambrien de Rocroi à l’exception des formations du Dévonien (indice de plomb). On ne trouve rien sur les formations du Revinien.

Deux carrières de quartzites du Revinien (carrières au SW de Saint-Nicolas le long de la D1 sur la commune de REVIN à proximité de l’actuel bassin Whitaker) ont par contre fait l’objet d’une étude pétrographique et chimique (cf. RICOUR et VAYSSE, 1955). Il s’agit de phyllades noirs ardoisiers et quartzites du Revinien inférieur, formations équivalentes aux formations identifiées sur la carte géologique harmonisée des Ardennes dans le secteur de Bourg-Fidèle. Les échantillons prélevés sur les schistes ont montré lors de l’examen spectroscopique la présence de nickel (extrêmement faible) et l’absence de cobalt. Par contre, il ressort de l’examen de nombreuses raies appartenant au fer, magnésium, silicium, aluminium, titane et manganèse (cf. Figure 10).

Figure 10 – Résultat de l’étude spectroscopique sur les schistes de Revin (R) et Aubrives (A). D’après RICOUR et VAYSSE, 1955.

Une analyse chimique sur roche réalisée récemment dans le cadre de l’ouverture d’une carrière sur la commune de Chatelet-sur-Sormonne, au sud de la zone d’étude (rapport GUINTOLI 2011) apporte également des résultats intéressants concernant des formations du Revinien inférieur (phyllades). Le manganèse, le zinc et le titane sont retrouvés à des concentrations très importantes dans les deux échantillons de roches prélevés entre 8 et 9 m pour l’un et 10 et 11 m pour l’autre : Manganèse 500 et 370 mg/kg matière sèche ; zinc 450 et 400 mg/kg matière sèche ; titane 830 et 920 mg/kg matière sèche.

Les sables du Quesnoy (parfois cimentés en grès ferrugineux) et les minéraux présents dans les diabases (chlorites4, hornblende5) peuvent également expliquer les fortes concentrations en fer et manganèse. Aucune analyse spécifique à cette formation géologique n’a été retrouvée en bibliographie.

5.4. ANALYSE DES SOLS SUR LA COMMUNE DE BOURG-FIDELE

Depuis 1999, plusieurs campagnes de prélèvement de sols ont été effectuées par :

 ANTEA en 1999 : une trentaine d’analyses du plomb autour du site METALBLANC - horizon 0- 10 cm ;

4 Il s’agit de silicates d’aluminium, de fer ou de magnésium. Le lithium, le vanadium, le chrome, le manganèse, le nickel, le cuivre et le zinc peuvent également être rencontrés. Le silicium peut être partiellement substitué par le béryllium, le bore, le fer et le zinc. 5 Minéral silicaté appartenant au groupe des amphiboles alumineuses, de couleur brune (riche en fer et en titane) ou de couleur verte (riche en magnésium et en aluminium), rencontré dans les roches magmatiques ou métamorphiques.

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 19 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

 INRA en 2010 : une dizaine d’analyses du plomb et du cadmium dans les jardins familiaux - horizon moyen 0-20 cm ;  INERIS en novembre 2012 (Figure 11) : plus de 150 analyses de sol sur les paramètres tels que plomb, cadmium, arsenic, mercure, zinc, cuivre, nickel, manganèse, chrome – horizon superficiel 0- 2 cm et horizon profond 0-20 cm. Les résultats de ces dernières analyses ont été présentés en mairie de Bourg-Fidèle le 20 février 2014.

Figure 11 - Article du journal « L’Ardennais » du 23/11/2012

On regrettera l’absence d’analyse du fer qui a un rôle majeur en tant qu’élément de référence. En effet les horizons pédo-géologiques respectent généralement une relation linéaire entre la concentration en élément trace métallique (ETM tels que Cr, Cu, Ni, Zn ou Mn) et la teneur totale en fer. Le plus souvent cadmium et plomb ne sont pas corrélés au fer et sont plus abondants dans les horizons superficiels que dans les horizons profonds  Cf résultats généraux du programme ASPITET (BAIZE D, 2000).

20 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Par ailleurs, il n’a pas été possible (sur la base des données communiquées par la DREAL) de déterminer pour chaque analyse la nature pédologique du sol et la profondeur du prélèvement correspondant. Cette information s’avère importante car en général, on note une forte relation entre la teneur en argile de l’échantillon étudié et les teneurs totales en manganèse, fer et autres ETM.

En ce qui concerne le paramètre manganèse, on dispose sur Bourg-Fidèle de 133 valeurs comprises entre 82 et 2905 mg/kg. Ces valeurs restent cohérentes voir même inférieures aux valeurs du fond pédogéochimique déterminé dans le cadre de l’étude ASPITET6 (BAIZE D., 2000) : minimum < 10 mg/kg ; maximum = 24 975 mg/kg ; médiane = 754 mg/kg ; 9ème décile 3332 mg/kg.

Les valeurs les plus importantes (supérieures à la médiane ou au 9ème décile) sont obtenues dans des secteurs précis de la commune où l’on relève également des teneurs plus importantes de Nickel, Zinc ou Cuivre (Figure 13 à Figure 16). Il s’agit vraisemblablement, d’après l’étude historique menée en 1999 par ANTEA, de secteurs où l’on recense d’anciennes activités industrielles comme des fonderies ou des émailleries (usines PECHENARD ou LA RENAISSANCE, Ets PERNELET…)  Cf article de presse de la Figure 11 et Figure 12.

En conclusion, les résultats de ces analyses ne peuvent pas servir de référence concernant le fond géochimique sur le secteur de Bourg-Fidèle, l’influence des activités anthropiques étant trop importante.

Variable Mn Effectif 133

Minimum 82 1er décile 218 1er quartile 362 2ème quartile (médiane) 593 Moyenne 758 3ème quartile 934 9ème décile 1660 Maximum 2905 Tableau 1 – Statistiques dressées sur la base des données INERIS de 2012

6 Sols en zone rurale (cultivés ou forestiers) sur une quarantaine de département situés dans la moitié nord du pays et principalement dans le bassin parisien au sens large => 735 valeurs sur le paramètre Mn.

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 21 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

Figure 12 – Localisation des anciens sites industriels sur la commune de Bourg-Fidèle. D’après ANTEA, 1998

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6. Recommandations / avis

Il faut deux conditions pour mesurer des concentrations importantes en manganèse (et en fer) dans les eaux souterraines : des roches ayant des compositions riches en ces éléments ou des résidus d’activités anthropique (industrielle, minière…) en Fe et Mn dans des conditions réductrices.

Dans le cas présent du site de METAL BLANC à Bourg-Fidèle, le fond géochimique naturel des roches semble ne pas suffire seul à expliquer les fortes teneurs en manganèse. En effet, l’impact des activités industrielles peut se traduire par un changement des conditions de pH et d’oxydo-réduction au droit du site et en aval et ainsi favoriser le passage du manganèse en solution. Pour lever l’indétermination concernant la présence de manganèse dans le secteur de Bourg-Fidèle, il conviendra de réaliser des analyses complémentaires portant sur les roches et sur les eaux afin de distinguer l’origine anthropique et/ou naturelle de cette « pollution ».

L’objectif de ces analyses est la caractérisation du fond géochimique naturel des sols et des eaux souterraines sans influence anthropique (sous-sol de parcelle forestière ou prairie) et de leur intéraction réciproque. En effet le fond géochimique des sols ou fond pédogéochimique, et en particulier la concentration plus ou moins importante en métaux, est liée à l’altération des sols et des roches en place sous l’effet notamment des précipitations, de la recharge à travers la zone non saturée (ZNS) et des processus physico-chimiques caractérisant la ZNS. Cette altération produit une lente destruction chimique des minéraux constituant les sols et la roche et conduit à terme à un entraînement des particules sous forme dissoute dans les eaux souterraines ou les rivières.

La nature chimique des roches et leur cohésion mécanique les rendent plus ou moins résistantes aux phénomènes d’altération par l’eau. Les éléments chimiques potentiellement disponibles qui sont alors libérés sont spécifiques des roches traversés. De même la nature de l’eau (agressivité variable en fonction de la température, teneur en O2 dissous, pH…) et les temps de contact entre eau et roche (vitesse de circulation des eaux souterraines dans la matrice poreuse, épaisseur de la zone non saturée, zone de battement de la nappe…) sont des éléments importants pour estimer le stock mobilisable, comprendre et expliquer la qualité des eaux souterraines.

Ainsi dans le cas de Bourg-Fidèle, le fond pédogéochimique naturel (qui n’a jamais été analysé à ce jour) est une composante importante du fond géochimique des eaux qu’il parait indispensable à évaluer en particulier s’il est une source de métaux (manganèse). Les métaux mesurés dans les horizons de sols sont hérités de l’altération de la roche mère par divers processus, qui peut aussi inclure du transport de produits de l’érosion physique des roches. La concentration en métaux de ces différents horizons de sols peut induire des modifications du fond géochimique des eaux souterraines en fonction des conditions hydrogéologiques et des conditions physico-chimiques des eaux qui s’infiltrent dans la zone non saturée du sol ou des eaux de nappe. Il est important d’évaluer le stock de métaux présents dans les sols mais également de comprendre les conditions de leur mobilisation, qui sont liées notamment à l’infiltration de la recharge et au contexte hydrogéologique.

6.1. PRELEVEMENTS SUR LES SOLS

Cependant, les processus de solubilisation de ces éléments dans les eaux souterraines sont peu connus et pourraient ne pas être suffisants pour y expliquer les teneurs mesurées en manganèse, notamment en ce qui concerne le rôle du pH et du potentiel d’oxydo-réduction. De plus, les analyses de sols réalisées par l’INERIS en nov-2012 montrent qu’un certain nombre de substances pourraient être, sur certains secteurs du village, liées aux anciennes activités industrielles (fonderie, émaillerie) de Bourg-Fidèle.

Il est donc impossible dans l’état des connaissances actuelles de conclure sur le caractère naturel des teneurs élevées en ETM tel que le manganèse dans les eaux souterraines sur la communes de Bourg- Fidèle.

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Dans l’objectif de définir le fond géochimique des sols de la commune de Bourg-Fidèle, il est conseillé de réaliser des sondages complémentaires de sol dans le secteur de Bourg-Fidèle en dehors des zones urbaines, anthropisée ou contaminée (choisir de préférence des parcelles forestières ou prairies). La méthode de comparaison verticale est proposée avec l’étude des profils de teneurs en éléments traces suivants : As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, F, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, Zn et les éléments majeurs : Al, Ca, Fe, K, Mg, Na. La méthode d’échantillonnage se fera par horizon pédologique avec au minimum trois prélèvements : superficiel (0 à 30 cm), semi-profond (30 à 50 cm) et profond (> 50 cm). Sauf cas particulier, en France les horizons profonds et les sols forestiers ont très peu été affectés par des contaminations diffuses (teneurs très proches des concentrations pédo-géochimiques naturelles ou CPGN).  Cf Guide technique de l’ADEME et APCA de 2005.

L’interprétation des résultats mettra en œuvre l’étude des corrélations entre éléments. En effet il a été démontré (BAIZE, 2000) que sur de grandes populations de sols divers issus de roches variées, on observait toujours des corrélations hautement significatives entre les teneurs initiales en Cu, Co, Cr, Ni, Zn et les teneurs totales en fer. De même, il a été montré (BAIZE, 1997) qu’il existe une relation globale extrêment stricte entre teneur en fer total et teneur en argile du sol.  Cf Guide technique de l’ADEME et APCA de 2005.

Il conviendra de respecter la norme NF EN ISO 19258 Septembre 2011 : Qualité du sol - Guide pour la détermination des valeurs de bruit de fond. Cette norme internationale fournit des lignes directrices concernant la détermination des valeurs de bruit de fond pédogéochimiques et des valeurs de bruit de fond des substances inorganiques et organiques dans les sols. Cette norme internationale fournit également des lignes directrices en matière de stratégies d'échantillonnage et de traitement des données et identifie des méthodes d'échantillonnage et d'analyse. En revanche, elle ne donne pas de lignes directrices concernant la détermination des valeurs de bruit de fond pour les eaux souterraines et les sédiments.

La localisation des points de prélèvement sera établie sur recommandations des collectivités après accord des propriétaires dans un rayon d’environ 3 km autour du centre de l’agglomération et en tenant compte de la diversité de la variété des formations géologiques constituant le sous-sol : limons des plateaux (LP), sables du Quesnoy du Landénien (e2b), quartzites noirs de la Petite-Commune du Revinien sup. (b3d), Phyllades et quartizites noirs d’Anchamps du Revinien moyen (b3c), Phyllades noirs ardoisiers de la Folie et quartzites de la Roche-à-Sept-heures (b3b) et Assise de transition (Ardoise noire des Peureux, Phyllades gris et verts) du Revinien inf. (b3a).  Cf. Figure 17.

En première approche, il est proposé la réalisation de neuf sondages d’environ 1 m de profondeur (soit 9*3 = 27 prélèvements) dans les secteurs proches de ceux retenus pour les eaux souterraines. La sélection finale des points de prélèvement nécessite un travail de recherche poussé sur le terrain et auprès des collectivités et des propriétés qui n’est pas réalisable dans le cadre de cet appui (Figure 20).

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Figure 17 – Extrait de la carte géologique n°52 de ROCROI (D’après GEORAPPORT BRGM http://editions.brgm.fr )

6.2. PRELEVEMENTS SUR LES EAUX SOUTERRAINES

La qualité des eaux souterraines constituant la nappe aquifère exploitée localement sur le territoire de Bourg-Fidèle est partiellement connue.

Il est avéré, dans les différents rapports consultés, que les eaux, issues des altérites ou limons de plateaux et des sables du Quesnoy ainsi que des phyllades sous-jacents, sont caractérisées par la présence de fer, par un pH acide et une faible minéralisation, conditions favorables à la solubilisation du manganèse.

Les données bancarisées dans ADES sur le secteur d’étude sont insuffisantes pour déterminer le fond géochimique.

Le suivi réalisé en amont du site industriel de METAL BLANC est insuffisant pour caractériser le fond géochimique (choix des paramètres inadapté et fréquence insuffisante  Il manque notamment les mesures de paramètres physico-chimiques mesurés in situ tels O2 dissous, Eh et pH).

Le suivi réalisé en aval du site industriel de METAL BLANC a mis en évidence l’impact des activités historiques (y compris remblais et rejets des stations de traitement) sur la qualité des eaux souterraines notamment sur les paramètres plomb, nickel, arsenic, fer, manganèse et sulfates. Des travaux menés sur le site ont permis de faire diminuer les teneurs des principaux polluants mais la présence de manganèse n’a pas pu être expliquée puisque cette substance n’entre pas dans le processus mis en œuvre à METAL BLANC.

L’origine de ce paramètre est à rechercher d’une part dans les roches constituant le sous-sol du site, d’où la nécessité de réaliser une campagne adaptée à la détermination du fond pédogéochimique ( cf. §

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 29 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08)

6.1) mais également dans l’existence de remblais constitués de sables de fonderie ou d’autres rejets consommateurs d’oxygène du milieu qui impliquent une modification des caractéristiques physico-chimiques notamment les conditions d’oxydo-réduction du milieu souterrain et la mise en solution du manganèse. Cette supposition devra être confirmée par un suivi renforcé des teneurs en métaux et des paramètres jusqu’à présent jamais suivis ou presque tels que pH, potentiel redox et oxygène dissous.

Etant donné que la qualité « naturelle » des eaux souterraines n’est pas bien connue sur le secteur de Bourg-Fidèle, il est recommandé de réaliser une campagne d’analyse portant sur les eaux souterraines avec quantification des majeurs et des éléments traces notamment métaux et métalloïdes ainsi que les caractéristiques générales de l'eau et éléments toxiques.

On s’attachera à respecter les recommandations faites dans le rapport établi dans le cadre du programme de travail AQUAREF 2008 et de la convention de partenariat ONEMA-BRGM 2008 (GHESTEM et al., 2008  Rapport BRGM/RP-56835-FR sur le site http://www.brgm.fr/content/rapports-publics ) :

 Les paramètres les plus pertinents à rechercher pour la détermination du fond géochimique des eaux souterraines sont les suivants : Al, Ag, Ba, B, Cu, Fe, Mn, F, P, Zn, Sb, As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, Se (liste établie sur la base des études antérieures concernant les zones à risque de fond géochimique élevé en élements traces).

 La connaissance des concentrations d’autres paramètres que ceux que l’on cherche à déterminer dans le fond géochimique, tels que Ca, Mg, Na, K, SiO2, Cl, NO3, SO4, CO3, HCO3, COD, MES, peut s’avérer nécessaire pour l’interprétation des résultats.

 Les paramètres physico-chimiques, tels que pH, conductivité, potentiel d’oxydo-réduction, oxygène dissous, température, alcalinité, sont à mesurer de façon systématique lors du prélèvement in situ.

 Il est recommandé de travailler sur la fraction d’eau souterraine filtrée à 0,45 µm (directive 2008/105/EC du 16/12/2008 et circulaire DCE 2007/23).

La localisation des points de prélèvements est établie sur proposition du BRGM en fonction de critères géologiques et d’accessiblité dans un rayon de 3 km autour du centre de la commune de Bourg-Fidèle. On choisira de préférence des sources dont la représentativité est supérieur à celle du forage (une source intégre la qualité des eaux souterraines sur une superficie plus importante).

L’identification des sources peut être réalisée sur plan d’après la carte géologique de ROCROI datant de 1963 (BONTE A., WATERLOT G.). Le fond topographique assez ancien (environ 1930) affiche une bonne lisibilité de l’emplacement des sources (Figure 18). Cette information est nettement moins évidente sur les fonds topographiques IGN actuel notamment à cause des modifications anthropiques apportées à l’occupation des sols (Figure 19) :

 Création de plans d’eau ;  Déboisement ;  Disparition progressive des « rièzes » milieu naturel typique du plateau de Rocroi des Ardennes qui correspond à une lande à bruyères humide irrégulièrement pâturée. Ce milieu tourbeux est propice à la formation de terres lourdes et acides ainsi qu’au développement d’une flore exceptionnelle (arnica, gentianes, droseras carnivores). Cet écosystème issue des pratiques agropastorales est très localisé (plateau de Rocroi) et très peu représenté dans la région (moins de trente sites). Suite à l’abandon des pratiques agropastorales, elles se reboisent et sont menacées de disparition (http://www.champagne-ardenne.developpement-durable.gouv.fr ).

Sur un périmètre de 3 km autour de Bourg-Fidèle, une quinzaine de sources a été identifiée sur plan et nécessite une visite de terrain pour vérifier les conditions d’accessibilité et les possibilités de prélèvement qui pourraient se révéler délicates notamment en milieu humide.

Sur la base d’une visite préliminaire du BRGM le 20 mai 2014, 5 points ont été retenus (Annexe 3) mais le choix définitif des points de prélèvement devra faire l’objet d’une validation concernant les conditions d’accès et d’une demande d’autorisation auprès de la collectivité et des propriétaires des parcelles concernées.

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L’ensemble de ces points constituraient un échantillon raisonnablement représentatif des différentes formations géologiques sur le secteur d’étude.

En première approche, il est donc proposé la réalisation de 5 à 6 prélèvements d’eau à proximité des secteurs retenus pour les sols. La sélection finale des points de prélèvement nécessite un travail de recherche poussé sur le terrain et auprès des collectivités et des propriétés qui n’est pas réalisable dans le cadre de cet appui (Figure 20).

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7. Bibliographie

ADEME et APCA (2005) – Dérogations relatives à la réglementation sur l’épandage des boues de stations d’épuration. Comment formuler une demande pour les sols à teneurs naturelles élevées en éléments traces métalliques ? Guide technique. BAIZE D. (1997) – Teneurs totales en éléments traces métalliques dans les sols (France). Références et stratégies d’interprétation. INRA Editions, Paris, 410 p. BAIZE D. (2000) – Teneurs totales en « métaux lourds » dans les sols français. Résultats généraux du programme ASPITET. Le Courrier de l’environnement de l’INRA, 39, 39-54. BONTE A., WATERLOT G. (1963) – Carte géologique au 1/50 000 Rocroi n° 52 Ed BRGM BRENOT A., GOURCY L., ALLIER D., MASCRE C., PONS A., CHERY L., BLUM A., (2007) - Identification des zones à risque de fond géochimique élevé en éléments traces dans les cours d'eau et les eaux souterraines. Rapport BRGM RP-55346-FR, 5 volumes. BRGM (2006) – Guide technique – Qualité naturelle des eaux souterraines – Méthode de caractérisation des états de référence des aquifères français. BRGM Editions, 248 p. CRAMPON N. (2006) – Flandres-Artois-Ardennes – In Roux J.-C. (Eds.), Aquifères & eaux souterraines en France. BRGM Editions. p. 330-336. GHESTEM.J.P., CROUZET.C., GIRARDOT.N., COQUERY.M. (2008) - Estimation des fonds géochimiques en éléments traces des eaux de surface continentales et des eaux souterraines: cahier des charges pour l’analyse et le prélèvement. Version 0. Rapport BRGM/RP-56835-FR. 44 p., 1 ann. GRIERE O. (2000) – Détermination des périmètres de protection des captages de Tremblois-les-Rocroi (08). Rapport hydrogéologue agréé en matière d’hygiène publique pour le département des Ardennes. GUINTOLI (2011) - Dossier de Demande d’Autorisation d’Exploiter une carrière d’extraction de schistes au titre des rubriques 2510 et 2515 des ICPE, sur la commune du Châtelet-sur-Sormonne (08) (Dossier GUINTOLI-GeoPlusEnvironnement n°1005107 V4 en 4 tomes de novembre 2011). HATRIVAL.J.N. (1985) - RECHERCHE DE SCHISTE ARDOISIER DANS LA REGION DE RIMOGNE (08). Rapport BRGM/85-SGN-597-CHA 24 p. 30 pht., 4 cartes. KERJEAN.M., KERBAUL.A., POMMENOF.T. (1980) – Etat de la documentation des ouvrages souterrains implantés sur les feuilles topographiques de Givet, Hirson, Rocroi et Fumay. Rapport BRGM/RR-20722-FR (80, SGN, 210, CHA). 30 p., 1 photo. MANSY J.L., LACQUEMENT F., MEILLIEZ F. et al. (2006) – Carte géologique de Givet au 1/50000, feuille n°40, notice explicative, 108 p. PETIT B. (1974) – Compte-rendu géologique concernant les points d’eau destinés à l’alimentation humaine dans les communes rurales. Tremblois-les-Rocroi. DDA. PROGNON.F., LACQUEMENT.F. (2008) - Carte géologique harmonisée du département des Ardennes. Notice géologique. Rapport final. Rapport BRGM/RP-56861-FR 264 p., 2 pl. ht. RICOUR.J., VAYSSE.A. (1955) - Etude pétrographique et chimique du matériel fourni par deux carrières de quartzites des Ardennes. Rapport BRGM/BRGG-A0812. 21 p. WATERLOT G. (1954) – Rimogne. Projet d’amélioration de la distribution d’eau potable de la commune. Examen hydrogéologique.

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Annexe 1

Carte géologique harmonisée sur le secteur de Bourg-Fidèle Réalisée par le BRGM à partir des données de la géologie harmonisée sur le département des Ardennes : PROGNON.F., LACQUEMENT.F. (2008) - Carte géologique harmonisée du département des Ardennes. Notice géologique. Rapport final. Rapport BRGM/RP-56861-FR 264 p., 2 pl. ht.

NOTATION DESCRIPTION ¡(P) Altérites sur terrains paléozoïques indifférenciés e3cQ Sables du Quesnoy : sables blancs ou jaunes, grès blancs ou grès ferrugineux, argile blanche (Thanétien) k5c(1) Quartzites noirs. Formation de la Petite Commune (massif de Rocroi) ou du Sautou (massif de Givonne) (Révinien supérieur) k5b Phyllades et quartzites noirs. Formation d'Anchamps (massif de Rocroi) ou d'Illy (massif de Givonne) (Révinien moyen) k5a(2) Phyllades noirs ardoisiers et quartzites. Formation de la Roche à Sept-Heures (massif de Rocroi) ou de la Chapelle (massif de Givonne) (Révinien inférieur) k5a(1) Assise de transition (Ardoise noire des Peureux, Phyllades gris et verts) (Revinien inférieur) k4b Veine ardoisière de la Renaissance et quartzites clairs du Pont-de-Fumay et des Quatre-Fils-Aymon (Devillien supérieur) ë Diabase

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36 (IM002) BRGM/RP-63566-FR Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08) Annexe 2

Tableau de synthèse concernant la typologie statistique des eaux souterraines dans le socle cristallin à une distance de plus de 100 km de la côte et pour une teneur en nitrates de moins de 10 mg/L D’après BRGM (2006) – Guide technique – Qualité naturelle des eaux souterraines – Méthode de caractérisation des états de référence des aquifères français. BRGM Editions, 248 p.

(IM002) BRGM/RP-63566-FR 37 Avis sur l’origine des fortes teneurs en manganèse à Bourg-Fidèle (08) Annexe 3

Carte de localisation des points de prélèvement possibles autour de Bourg-Fidèle. Etablie par le BRGM sur la base d’une visite de terrain réalisée le 20 mai 2014.

POINT n°1 Chemin du Marais Vincent Censes Bel-Air Accès : à pied depuis la route forestière Coordonnées : XL2E = 759494,2 5 1 YL2E = 2547568,6

POINT n°5 Rièzes de Rouge Fontaine Rièzes du Moulin à vent POINT n°2 Source du ruisseau de Source du ruisseau de la Gravette Rouge Fontaine Accès : en voiture (voir mairie) Accès : en voiture par Coordonnées : chemin rural XL2E = 758673,9 Coordonnées : YL2E = 2545921,6 XL2E = 755922,4 YL2E = 2548012,3 2

POINT n°4 Marais Saint-Thomas Amont du ruisseau Jean 4 Joly ou Fontaine Thomas si accessible (voir accès mairie Sévigny-la-Forêt) Accès : en voiture par 3bis sentier 4bis Coordonnées : XL2E = 755207,4 YL2E = 2545018,2

POINT n°4 bis POINT n°3 bis POINT n°3 Marais Saint-Thomas Amont ruisseau du Barbier si accessible Route forestière de la tranche du Coq Fontaine Thomas si accessible (pas (pas de visite => voir pour accès mairie Accès : à pied depuis la D22 (voir pour accès mairie) de visite => voir accès mairie de Bourg-Fidèle) Coordonnées : Sévigny-la-Forêt) XL2E = 758993,1 Coordonnées : YL2E = 2544204,3 XL2E = 755322,3 YL2E = 2544718,2

38 (IM002) BRGM/RP-63566-FR

Centre scientifique et technique Direction Régionale Champagne-Ardenne 3, avenue Claude-Guillemin 12, rue Clément Ader BP 36009 - 45060 Orléans Cedex 2 - France BP137 Tel. 02 38 64 34 34 51685 – Reims Cedex 2 - France Tél. : 03 26 84 47 70