Bureau De Recherches Géologiques Et Minières
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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.00. 12 RECHERCHE VES ORIGINES VE LA POLLUTION VE LA NAPPE VE LA CRAIE VANS LE BASSIN MINIER ESSAI V* APPLICATION VES METHOVES CHIMIQUES ET ISOTOPIQUES PaiL V. BERNARD, B. BOSCH, A. MARCE Service géologique régional NORD - PAS-DE-CALAIS Fort de Lezennes, B.P. 26, Lezennes - 59260 Hellemmes-Lille - Tél.: (20) 53.10.13 ?S SGN 105 NPA le. S PtvnÀoA 19?S B.R.G.M. SGR/NPA Lezennes, le 8 Février 1978 LEZENNES (Nord) 78 SGN 105 NPA D. BERNARD, B. BOSCH, et A. MARCE. RECHERCHE PES ORIGINES PE LA POLLUTION PE LA NAPPE PE LA CRAIE VANS LE BASSIN MINIER ESSAI P' APPLICATION PES METHOPES CHIMIQUES ET IS070PIQ.(JES PREAMBULE : RESUME ET PRINCIPALES CONCLUSIONS Le problème de la minéralisation, et donc de la potabilité chimique de la nappe de la craie est préoccupant. De ce fait, il eSt utile de pouvoir reconnaître la cause d'une minéralisation excessive, afin de pouvoir éventuellement y remédier. Le problème se pose de façon aig'ùe dans le bassin minier du Nord - Pas-de- Calais, où l'eau de la nappe de la craie est souvent de très mauvaise qualité chimique. Cette dégradation de la qualité est due à l'urbanisation et l'industrialisation du Nord de cette région, et à l'exploitation agricole intensive de la partie sud ; mais il était jusqu'à présent très difficile de pouvoir connaître avec certitude la provenance d'une pollution nitratée ou sulfatée constatée dans un captage d'eau souterraine. Les analyses isotopiques des éléments en solution peuvent lever l'ambiguïté. C'est dans ce but que la Compagnie Générale des Eaux d'Arras, assistée de l'Agence de l'Eau Artois-Picardie, a confié au B.R.G.M. le soin d'effectuer des analyses isotopiques de deux éléments en solution dans l'eau, l'azote des nitrates et le soufre des sulfates, et du tritium isotope radio-actif de l'hydrogène constituant la molécule d'eau. Des analyses physico-chimiques de type I ont également été effectuées. Seize forages ont été testés, des prélèvements étant également effectués dans le canal de Lens â Hames et dans le bassin de décantation Kuhlman à Hames. Le dépouillement des analyses chimiques a montré que l'on pouvait obtenir une première classification des points étudiés avec une zone très minéralisée en sulfates, nitrates et chlorures centrée sur le canal de Lens et le Marais du 9 ; une zone chargée en sulfates au Nord (Estevelles et Hulluch) ; une zone dont l'eau est fortement minéralisée en nitrates au Sud (Neuvireuil, Oppy et Bailleul-Sire-Berthoult) ; enfin une dernière zone périphérique â la zone fortement industrialisée, où l'eau montre une bonne qualité chimique (Méricourt, Rouvroy, Courcelles). L'interprétation de cette classification est expliquée grâce aux analyses isotopiques. De cette façon, trois zones bien individualisées ont été mises en évidence : II 1 - Dans la région minéralisée du canal de Lens, les analyses montrent que la nappe, peu profonde en général , est rapidement contaminée par des infiltrations en provenance de la surface. Ces infiltrations proviennent du lessivage des terrils miniers (Estevelles et Hulluch), des pertes des égouts et des rejets domestiques (Rollencourt , Avion) et de l'alimentation de la nappe par les cours d'eau (flot de Wingles â Hulluch, canal de Lens à Hames) . 2 - Dans la zone agricole périphérique au centre urbanisé du bassin minier (Bois-Bernard ; Arleux-en-Gohelle) ,les eaux météoriques mettent parfois plusieurs dizaines d'années pour atteindre la nappe ; les pollutions marquées chimiquement sont relativement anciennes et l'analyse de l'azote 15 des nitrates montre que celles-ci proviennent du lessivage des amendements agricoles organiques non absorbés par les plantes (fumier, purin) . Le temps mis par l'eau de pluie pour atteindre la nappe (estimé grâce aux mesures de tritium) dans la région Sud (Neuvireuil, Oppy, Fresnoy-en-Gohelle) indique que le taux de nitrates ne peut qu'augmenter dans cette zone, cette augmentation étant la conséquence de l'utilisation intensive des engrais chimiques azotés ; un processus identique a déjà été mis en évidence dans la Beauce. 3 - Enfin la zone de Méricourt et Rouvroy montre des caractéristiques chimiques et isotopiques qui se rapprochent le plus des caractéristiques naturelles de la nappe de la craie, les eaux météoriques n'atteignant la nappe que très lentement. Cette étude doit être considérée comme une première approche du problême. En effet, les conditions de prélèvements imposant un échantillonnage moyen de toute l'épaisseur de la nappe traversée peuvent cacher des variations verticales des valeurs mesurées. De plus la multiplicité des conditions de pollution, pratiquement différentes à chaque captage, jointe à la variété des résultats analytiques des isotopes montre la nécessité d'un programme dense d'analyses isotopiques pour apporter des solutions pratiques à une meilleure exploitation de la nappe. Une étude complémentaire comprendrait les points suivants : . Extraction par une forage carotté à sec d'échantillons de la zone non saturée. L'eau d'imprégnation recueillie par centrifugation serait analysée chimiquement et isotopiquement. Il serait alors possible de distinguer les pics de minéralisation et d'estimer leurs temps de transit de la surface vers la nappe. Cette méthode a été utilisée avec succès par le Water Research Centre de Marlow (Angleterre) . Ill . Etude de la répartition chimique verticale et de la position d'éventuelles couches d'eau moins minéralisées (recherche du tritium selon la profondeur dans la nappe). Mise au point d'un programme de prélèvements et d'analyses chimiques et isotopiques permettant de compléter la recherche commencée. D'ici là les besoins futurs d'eau potable devraient être assurés par l'exploitation d'autres nappes (Cénomanien à l'Ouest de la faille de Marqueffles) ou par l'épuration des eaux souterraines du bassin minier. 43 Pages, 27 Figures, 1 Annexe. SOMMAIRE Pages PREAMBULE : RESUME ET PRINCIPALES CONCLUSIONS I, II et III I - INTRODUCTION 2 II - LES PRELEVEMENTS 2 III - STRUCTURE GEOLOGIQUE DE L'AQUIFERE 5 IV - HYDROGEOLOGIE DE LA NAPPE DE LA CRAIE 8 V - HYDROCHIMIE - ANALYSES PHYSICO-CHIMIQUES 15 VI - LES ISOTOPES STABLES ET INSTABLES DU MILIEU AQUEUX 29 VII - CONCLUSIONS SUR LES MOYENS D'ETUDES UTILISES 41 VIII - CONCLUSIONS PRATIQUES SUR LA REGION ETUDIEE 41 LISTE DES FIGURES FIGURE I Carte d'implantation des forages et carte piézométrique en bassos eaux 3 FIGUIs 2 Caractéristiques des forages étudiés 4 FIGURE 3 Carte du toit du Turonien moyen 6 FIGURE 4 Coupe géologique de Maroeuil à Carvin 7 FIGURE 5 Carte de la transmissivité de l'aquifère 9 FIGURE 6 Carte de la profondeur réelle de la nappe sous le sol 11 FIGURE 7 Variation piézométrique des forages d' Estevelles et de Noyelles-sous-Lens 12 FIGURE 8 Variation piézométrique à la fosse I de Lens 13 FIGURE 9 Variation piézométrique à Oppy 14 FIGURE 10 Carte de la dureté 16 FIGURE 11 Carte des chlorures 17 FIGURE 12 Carte des nitrates 18 FIGURE 13 Carte des sulfates 19 FIGURE 14 Evolution de la teneur en nitrates de quelques forages 20 FIGURE 15 Evolution de la teneur en sulfates dans quelques forages 21 FIGURE 1 6 Hydrochimie des eaux souterraines 22 FIGURE 1 7 Hydrochimie des eaux de surface 23 FIGURE 18 Représentation cartographique de l'hydrochimie 25 FIGURE 19 Diagramme de Piper 26 I bis Pages FIGURE 20 Force ionique et indices de saturation 28 FIGURE 20 bis Diagreumne des venues d'eau lors du creusement des fossés d'exploitation de Houille 32 FIGURE 21 Graphe de la concentration en tritium en fonction de la profondeur de la nappe 33 FIGURE 22 Répartition générale et régionale des sulfates sur 1 ' échel le de référence 31 FIGURE 23 Répartition générale et régionale des compositions isotopiques de l'azote' des nitrates 34 FIGURE 24 Graphique delta n nitrate - f (tritium) 36 34 15 FIGURE 25 Evolution des deltas S et N en fonction de la somme des principaux anions 37 15 3A FIGURE 26 Graphe du delta N des nitrates V.S Delta S des sulfates 38 FIGURE 27 Représentation cartographique des analyses isotopiques 40 ANNEXE ANNEXE I Tableau des résultats des analyses physico-chimiques et isotopiques. 2 RECHERCHE PES ORIGINES PE LA POLLUTION PE LA NAPPE PE LA CRAIE PANS LE BASSIN MINIER A L'AIPE PES ANALYSES CHIMIQUES 1ET ISOTOPiaUES I - INTROVUCTION La nappe de la craie est le plus grand réservoir d'eau souterraine du Nord de la France. A ce titre, elle est très sollicitée par les pompages d'adduction d'eau potable ; la bonne qualité chimique et bactériologique de cette eau est donc essentielle. Malheureusement l'augmentation des activités humaines dans la région depuis le début du siècle s'est faite souvent sans précautions particulières, les eaux pluviales entrainant des polluants vers la nappe, les rejets d'eaux usées se faisant parfois dans la nappe même. Devant l'augmentation de la minéralisation de l'eau, la Compagnie Générale des Eaux et l'Agence de l'Eau Artois-Picardie ont demandé au B.R.G.M. d'essayer de caractériser sur une zone test, l'origine du soufre des sulfates et de l'azote des nitrates contenue souvent en excès dans l'eau souterraine au moyen des méthodes d'analyses isotopiques. II - LES PRELEVEMENTS Ceux-ci ont été choisis afin de regrouper le mieux possible les types d'origine de pollution supposés dans la région. L'investigation a porté sur une zone à vocation agricole au Sud (feuilles IGN l/50.000ème 26-4 et 27-1) et le bassin minier Lensois au Nord (feuilles 19-8 et 20-5). La position des 16 forages étudiés est indiquée sur la figure I.