BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B. P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél. : (38) 63.80.01
MÎWI5TERE VE AGENCE VE BASSIN
L'INDUSTRIE RHIN - MEUSE
RECHERCHE PAR PROSPECTION GEOPHVSIQUE
VE L'EXTENSION VE L' ANOHALIE CHLORUREE VE LA
NAPPE VES GRES INFRATRIASIQUES VANS LE BASSIN VERSANT VE LA SARRE
2 HaA¿ 1982
Service géologique régional ALSACE
204, route de Schirmeck, 67200 Strasbourg - Tél. : (88) 30.12.62 s o n M A I R E
INTRODUCTION
1. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE.
2. TRAVAUX REALISES. .
3 . INTERPRETATION .
3.1. En affleurement.
3.2. Sous couverture .
4. MINERALISATION DE L'EAU.
4.1. Facteur de Formation.
4.2. Application au secteur d'étude.
4.3. Tentative de cartoaraphie.
5. HYPOTHESES SUR L'ORIGINE DE CETTE ANOflALIE CHLORUREE.
6. POURSUITE DES INVESTIGATIONS.
CONCLUSIONS FIGURES
N" 1 : Secteur d'étude 1/2 000 000.
N° 2 : Carte géologique.
N" 3 : Type de S.E. effectués sur les grès en affleurement.
N° 4 : Type de S.E. effectués entre Sarre-Union et Diemerinaen.
N° 5 : Profil de résistivités en AB = 3 OOO m entre Diemerinaen et Rimsdorf.
N° 6 : Type de S.E. effectués entre Sarrebourg et Berthelming.
N° 7 : Corrélation de résistivités eau/grès aquifère.
ANNEXES
N° 1 : Localisation des S.E. et profils de résistivités.
N° 2 : Longueur et orientation des S.E.
N° 3 : Carte de résistivités apparentes (AB = 3 000 m) .
N" 4 : Carte de résistivités G.I. T.
N° 5 : Zonage de la minéralisation des eaux des G.I. T.
N° 6 : Esquisse d'une carte piézométrique initiale. SITUATION GF.OCRAPH IQUE DK LA ZONE D'ETUDE
V
r: che 1 le 1 : 2 .000 .000
K •'^.' •') A f t' 1 t u r r1 nu: ii t des Grès infra tri aà iques
_^. — Limite d'extension probable du faciès Grès a Voltzía
_-_--- L i m i t (-. d'extension probable du faciès Grès vosgien
Zone d ' étude - 1 -
INTRODUCTION
Les grès infratriasiques (G.I. T.) constituent un immense réservoir d'eaux souter¬ raines dans l'Est de la France, mais une grande partie de l'eau est minéralisée :
- En direction de l'Ouest (Bassin Parisien) et du Nord (Luxembourg), à partir
d'une ligne Vittel - Nancy - Boulay, la minéralisation dépasse 1 g/1 de chlorure et augmente rapidement.
- Vers l'Est, une anomalie chlorurée apparaît sous le bassin versant de la Sarre entre Sarrebourg, Sarre-Union et Merlebach, avec des salinités supérieures à 250 mg Cl~/1 et atteignant 2,5 g/1 â Sarre-Union (cf. plan de situation de la zone d'étude en figure 1).
L'eau est très douce en affleurement (Vosaes, plaine de Creutzwald) , légèrement minéralisée sous couverture entre ces deux affleurements, à part l'anomalie citée.
Le but des travaux géophysiques réalisés en 1981 est de tenter de préciser l'exten¬ sion de cette anomalie chlorurée de façon â pouvoir implanter avec moins de risques d'échec les forages d'eau nécessaires à l'alimentation en eau potable et industrielle de cette région à la limite de la Moselle et du Bas-Rhin (projets actuels de foraaes AEP pour Sarre-Union, Syndicat de Berthelming, Syndicat de Sarralbe).
Ces travaux ont été financés conjointement par le Ministère de l'Industrie et l'Aaence de Bassin Rhin-Meuse.
1. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE (rappel succinct).
La série gréseuse des G.I. T. présente une énaisseur de 400 à 500 m sur ce secteur du bassin de la Sarre. La structure est constituée par le synclinal de Sarreguemines, bordé au Nord par l'anticlinal Sarro-Lorrain et au Sud par l'anticlinal des Vosges. Cette Structure est affectée par un prolongement général vers l'Ouest (Bassin Parisien) (cf. carte géologique en figure 2) .
La nappe est alimentée au droit des affleurements hauts et par drainance à partir du Muschelkalk, en particulier sur les reliefs de questa. Elle est drainée naturellement par quelques points bas des affleurements, en particulier la vallée de la Sarre en aval de Sarre- auemines . Figure 2
CARTE GEOLOGIQUE
d'eiu
Limite Es» du Keuper
i ¡ • Muschelkalk Supérieur U I LJ Wo/en *•* l-ve ' - 2
Cet écoulement naturel général des Vosges vers le Nord a été fortement accentué par les exhaures des mines de charbon (HBL) qui ont provoqué des entonnoirs dans la niézométrie à la périphérie de la plaine de Creutzwald. Néanmoins, ce phénom.ène est très récent (début du siècle) par rapport â l'ancienneté des eaux des G.I. T. (10 OOO à plus de 30 000 ans suivant les secteurs, d'après campagnes ^""C du S.R.A.E.L. et A.F.B.R.M.) : la distribution actuelle de la minéralisation des eaux résulte donc vraisemblablement de l'état "naturel" de la nappe (cf. paragraphe 5) .
2. TRAVAUX REALISES.
78 sondages ont été réalisés au total, dont l'implantation est donnée sur l'annexe 1, ainsi que 10 km de profil.
- Dans une première campagne en 1978, 8 sondages arandes lignes (3 000 m) implantés entre Herbitzheim et Langatte, autour de Sarre-Union.
- En juillet 1980, une autre campagne autour de Berthelminn, comprenant cinq son¬
dages de 3 000 m, 9 de 1 000 m, 1 de 800 m et 1 de 600 m. ' .
- De mai â juillet 1981 ont été effectués 54 autres sondages répartis de la manière suivante :
. en affleurement ou sous faible couverture (inférieure à 50 m) : 8 grandes lignes (AB : 3 000 et 2 000 m)
4 moyennes lignes (AB : 1 500 et 1 000 m)
. sous ouverture :
* dans le secteur DIEMERINGEN - SARRE-UNION 12 grandes lignes 11 moyennes lignes 5 petites lignes (AB : 800, 600 et 400 m) 3 km de profil d'orientation Est-Ouest,
* dans le secteur SARREBOURG - BERTHELMING 10 grandes lianes
1 moyenne ligne 3 petites lignes 7 km de profil parallèles à la Sarre
L'implantation des S.E. est donnée en annexe 1 ainsi que leurs longueurs de lignes et orientation en annexe 2 . 3 -
Les sondages électriques, type Schlianberaer , en arande liane (AB = 3 000 m) posent des problèmes de mise en oeuvre, compte tenu de la géologie, de la topographie et de l'aména¬ gement du territoire :
- les affleurements géologiques sont rarement homogènes sur 3 km de long, - la topographie est assez vallonnée, voire encaissée dans les Vosges,
- les vallées principales sont encombrées de routes, voies ferrées, canalisations, perturbant les mesures électriques ; les problèmes d'adduction d'eau ont nécessité la pose de conduites entre les villages ; deux oléoducs passent dans la région de Sarre-Union.
La méthodologie mise en oeuvre a consisté à réaliser des S.E. en affleurement où l'on connaît assez bien la résistivité de l'eau donc sa minéralisation globale) tout au moins dans la partie supérieure de l'aquifère (sources, nuits peu profonds), pour y élaborer une cor¬ rélation entre la résistivité de l'aquifère (ares saturés d'eau) et la résistivité de l'eau con¬ tenue dans ces grès.
Sous couverture, des S.E. ont été réalisés au plus proche des forages captant les G.I. T. où l'on connaît la résistivité de l'eau.
Cette campagne à caractère méthodologique a néanmoins été orientée sur deux secteurs particuliers où sont actuellement projetés des forages AEP (Syndicat des eaux de Berthelming et environs, ville de Sarre-Union) et où les foraaes existants présentent des eaux trop miné¬ ralisées.
3. INTERPRETATION .
Le résultat de l'ensemble de l'interprétation est donné sur la carte en annexe 4, avec la résistivité des grès, en distinguant, quand cela est possible, la partie inférieure des grès.
3.1. En_af f leurement.
a) l}<'-ni_-te_iecteu>i_de_Z'_Eit_de_Sa'in.e2Uniqn, la résistivité des ares varie en fonction de la minéralisation de l'eau : celle-ci est de 100 à 150 ohms-m dans les Vosges, (eau très peu minéralisée) et passe progressivement à 50 puis 20 ohms-m quand les grès n'affleurent plus que dans les vallées, les collines (en plateaux) étant couverts par le Muschelkalk inférieur qui apporte des eaux dures : la baisse de résistivité de l'eau n'est alors liée qu'à une augmenta¬ tion de la dureté. TYPES DE S.E. EFFECTUES Fig. 3
SUR LES GRES EN AFFLEUREMENTS
IO": Corrélativement, la résistivité des grès passe de 300 - 350 ohms-m (pays de Bitche) , à 200 ohms-m à la limite occidentale d'affleurements (vallée du Petersbach en amont de Butten, vallée de l'Eichel en amont de Diemeringen) (cf. fig. 3) . Mais on note systématiquement une baisse de résistivité en profondeur, qui se situe dans les formations sous-jacentes aux G.I. T. dans le pays de Bitche (formations argilo-gréseuses du permien ?) et cui intéresse le quart' ou même la moitié inférieure des G.I. T. vers l'Ouest ; cette résistivité passe de 200 à 30 ohms-m en profondeur : on est alors amené à supposer que la base des G.I. T. contient de l'eau minéra¬ lisée, même en bordure d'affleurement, ceci d'autant plus que le foraae de Lorentzen, qui capte des G.I. T. sous 40 m de Muschelkalk dans la vallée de l'Eichel, donne une eau à près de 1 g Cl~/1, alors que le forage de Diemeringen, qui débute dans le toit des G.I. T. (Grès à Voltzia) et situé à peine à 2 km en amont du précédent dans la même vallée de l'Eichel a donné 5 mg Cl~/1 dans la masse des grès (Conglomérat Principal et début des Grès Vosaiens) , et 25 ma Cl /l dans les Couches Intermédiaires .
Au droit de ce forage, profond de 250 m, la aéophysique indique un conducteur dans la moitié inférieure des G.I. T. Ces observations montrent la très forte anisotropie des grès :
- verticalement, par le jeu de la stratification entrecroisée avec de fins lits argileux,
- horizontalement, au niveau des failles (écrans ? drains ?) .
On sait par ailleurs, que le Conalomérat Principal joue souvent le rOle de strate perméable (fissuration) au milieu du terrain semi-perméable de la masse des G.I. T.
fa) 'P^niZe iecteun aaSud de Sanneboann , on observe les mêmes résistivités pour des G.I. T., correspondant aux mêmes résistivités de l'eau (pays de Trois Fontaines - Abre- schwiller) : on passe de 350 ohms-m (avec eau à 100 - 150 ohms-m) à 250 ohms-m (avec eau à
50 ohms-m) , (mesures électriques impossibles au voisinaae de ces forages) . ^''
On note néanmoins que dans les Vosges le substratum des grès serait ici plutôt résistant (permien volcanique de la vallée de la Bruche ?) . *: ¿ . ..-'.
3.2. Sous_çouverture. ;^
Si l'interprétation des S.E. est relativement fiable pour les grès en affleurement, celle-ci devient plus délicate sous couverture au fur et à mesure que les G.I. T. sont plus profonds, bien que l'on se soit limité au secteur d'affleurement du Muschelkalk, soit un maxi¬ mum de 200 m de couverture sur la formation gréseuse de 400 - 500 m d' énaisseur. Fig. 4 TYPES DE S.E. EFFECTUES
DANS LE SECTEUR SARRE-UNION - DIEMERINGEN
-t 1 1 » . i I I I - 'l^\ :-y- ^1 I -! TTi: ^A:,:\-,r:.-Am -I C . . ~;:l::::î:l-:-:lq:i (U . . - 1 . 1 i a .1 ::_ Q.- : ^^inins3P'^SMPP a . : : I :::; o
«> '
'3 _. -!- ::i::::i;~-Ux:î:t:: in Le problème est alors lié :
- d'une part, à la variabilité des résistivités dans le Muschelkalk, en fonction de la minéralisation des eaux imnrégnant ces formations marno-calcaires, qui contiennent des gisements de sel gemme et de gynse ; ainsi on peut avoir des passées très résistantes de sel dans les marnes conductrices et des passées trës conductrices d'eau minéralisée dans les calcaires et dolomies normalement résis¬ tants. A titre indicatif, un forage à Sarraltroff donne des eaux de 3 à 7 ohms-m (pour 100 m de Muschelkalk moyen et inférieur) , essentiellement sulfatées cald¬ ques (gypse), avec très peu de chlorures (absence de sel aemme) . Ailleurs, c'est le sel qui prédomine.
- d'autre part, au fait qu'il reste une certaine imprécision dans le calcul de la résistivité des G.I. T. pour les S.E. réalisés en affleurement du Muschelkalk supérieur, car il faudrait tirer des lignes plus lonaues que 3 km pour estimer la résistivité du substratum. Les calculs à l'ordinateur utilisant différentes- hypothèses sur la résistivité de ces formations sous-jacentes permettent de donner la fourchette probable de résistivité des G.I. T.
a) SecteuK^de^Sanne-^Union :
En rive gauche de l'Eichel (affleurement de Muschelkalk inférieur et moyen), la résis¬ tivité des grès ne dépasse pas 100 ohms-m, et la partie inférieure descend jusqu'à 20 ohms-m ; les S.E. sont encore bien interprétables et l'on peut dire que cela correspond vraisemblablement à une minéralisation générale de l'aquifère, très importante en profondeur (cf. figure 4).
Plus à l'Ouest, vers Sarre-Union, en affleurement du Muschelkalk supérieur, les grès paraissent le plus souvent à plus de 150 ohms-m (parfois jusnu'à 250 ohms-m) avec des pas¬ sées au toit ou à la base à environ 70 ohms-m ; les quelques forages de cette région (Sarre- Union, Voellerdingen, Lorentzen) donnent des eaux minéralisées dans la partie captée, corres¬ pondant au tiers supérieur de l'aquifère des G.I. T., peut-être en relation avec les faibles résistivités {'^ 70 ohms-m) mesurables sur quelques sondaaes électriques au toit de l'aquifère.
Le profil de résistivité (AB = 3 000 m) net bien en évidence ce phénomène : on débute juste à l'Ouest de la faille de Mackwiller avec 30 ohms-m, puis on monte rapidement à 150 ohms-m en se déplaçant vers l'Ouest, avec néanmoins une anomalie conductrice, à peu près au passage de la faille de Rimsdorf (cf. figure 5) .
Au Nord, vers le forage de Oerminauen, qui donne une eau peu minéralisée (19 ohms-m) les G.I. T. semblent très résistants (près de 400 ohms-m).
Vers le Sud, pays de Drulingen, en affleurement de Muschelkalk moyen et inférieur, les G.I. T. sont résistants, semble-t-il, sur toute leur épaisseur, à près de 350 ohms-m. Rimsdorf Diemeringen.
O : 10 ta H
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Il I j I I MutchtlkaNi Supititur Coupe géologique MuichtflMili Moytn
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r . . ' .1 Grit Triai Inf^itur
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(D Ln b) Secteun de_San.nebqunQ .-
Au droit de Sarrebourg-Imlinq-Redinq (Muschelkalk moyen affleurant) , la résistivité des grès est vraisemblablement de 2 50 ohms-m, avec une eau à 50 ohms-m mesurée sur les forages.
Plus en aval, (cf. figure 6), on note une anomalie conductrice dans les grès sous la vallée de la Sarre (60 ohms-m), alors que, dès qu'on monte sur la plateau de part et d'autre, les grès paraissent résistants (250 ohms-m) sur la majeure partie et conducteurs à leur base (60 - 70 ohms-m) , parfois à leur toit ; seul le S.E. B3 , situé juste au Nord de Reding sur le plateau semble indiquer un fort résistant (350 ohms-m) dans la masse des grès, avec un résistant moyen (160) au toit.
Vers l'Ouest, entre les forages de Langatte et Berthelming, la résistivité estimée pour les grès serait de 60 ohms-m ; on sait que les deux forages cantent la partie supérieure des grès, avec des teneurs de 300 - 350 mg/l de chlorures (résistivité de l'eau de 7,5 à 8,2 ohms-m) , et que le rebouchage du fond du forage de Langatte a provoqué une diminution de la teneur de l'eau pompée à 220 ma Cl /l : la nanne des G.I. T. est plus minéralisée en profondeur comme l'indique la plupart des S.E.
A titre indicatif, une esquisse de cartographie des résistivités apparentes, mesu¬ rées pour AB = 3 OOO m, est donnée en annexe 3. En affleurement, les résistivités sont inférieu¬ res à 150 ohms-m à l'Est (substratum conducteur) et supérieure à 200 ohms-m au Sud de Sarrebourg (substratum résistant). A la limite d'affleurement, on note l'anomalie conductrice de la vallée de l'Eichel (G.I. T. avec eau salée en profondeur). Sous couverture, cette résistivité apparente diminue avec l'approfondissement des grès vers l'Ouest ; mais on note l'anomalie conductrice de la vallée de la Sarre entre Sarrebourg et Berthelming, inférieure à 100 ohms-m.
4. MINERALISATION DE L'EAU.
4.1. Façteur_de_ format ion .
Dans beaucoup d'aquifères, on observe une relation quasi linéaire entre la résis¬ tivité du terrain aquifère et la résistivité de l'eau y contenue, pour les gammes normales de résistivité de ces eaux :
- eau peu minéralisée à quelques dizaines d' ohms-m,
- eau minéralisée à quelaues ohms-m où même 3 r-uelques dixièmes
Ce facteur de formation
résistivité de 1 'aquifère F = résistivité de l'eau Flg. 6 TYPE DE S.E. EFFECTUES
DANS LE SECTEUR DE SARREBOURG - BERTHELMING
4 5 6 7 8 910 4 5 6 7 8 910* dépend de la porosité et du type de porosité suivant la relation d' Archie F = a 0~ , où 0 est la porosité totale occupée par l'eau, m un coefficient, de l'ordre de
. 1,3 pour les formations meubles (alluvions),
. 1,9 pour les roches consolidées à porosité d'interstice (ares, quartzites, calcaires, dolomies, ...)
. 2,3 pour les roches consolidées à porosité essentiellement de fissures
et à un coefficient dépendant de la texture de la roche pouvant varier de 0,5 à 2, mais souvent affecté de la valeur a = 1.
Dans le secteur de la nappe des G.I. T., on doit tenir compte de deux phénomènes :
- la résistivité de l'eau varie de quelques ohms-m (Sarre-Union : 1,4) à plus de 100 ohms-m dans les Vosges,
- malgré ces fortes résistivités des eaux, la résistivité de l'aquifère semble plafonner vers 400 ohms-m.
Des hydrogéologues-géophysiciens analais (VJorthington, Barker, 1972 et 1976) ont étudié ce phénomène sur cette même formation en Angleterre et ont proposé une relation plus complexe entre résistivités de l'eau et de l'aquifère, prenant en compte une résistivité "matricielle" de la roche :
pe = résistivité de l'eau pm = résistivité "matricielle" + -J - , soit pr = f. pe ^ ~ ^ f^ ' """- ^" ~ " ^" i + f PË. pr = résistivité aquifère pm f = facteur de formation
Quand pe << pm, on retrouve la relation linéaire simple pr 'V' f pe ; par contre quand pe augmente en s ' approchant de pm., pr tend également vers pm
pr = pm pm 1 + f pe
et ceci d'autant plus vite que f est grand. - 8
Pour les G.I. T. d'Angleterre, ces auteurs ont observé une gamme de variations
(pour la relation f = a 0 ) assez large suivant les régions (mesures en laboratoire) ; mais a et m varient en sens contraire, amenant une compensation et donc une fourchette pour le facteur de formation, faible pour des porosités élevées, mais assez élevée pour des porosités faibles.
0 5 % IO % 15 % ', 20 % 25 %
f 50-250.. 17-60 11-25 7-13 5,5-9
On doit néanmoins noter que la résistivité matricielle des G.I. T. en Angleterre est plus faible que dans les Vosges : 80 à 100 ohms-m contre au moins 400 ohms-m, bien que la gamme de perméabilité soit semblable (10~^ à x 10~^ m/s) .
4.2. Agglication_au_seçteur_d^étude.
L'association des résistivités des G.I. T. aquifëres et de l'eau y contenue est " rassemblée dans le tableau suivant, à partir des S.E. réalisés au voisinage des points d'eau où la minéralisation de l'eau est connue.
Tableau pour les points entre les courbes f = 10 et 30 (fig. 7) , avec pm = 400 ohms - m
SE n° S4, S6 S2, S3, S7 44, 61 ? 18, 21, 37 3 S 10 6 1 13, 14
pr 300-350 250-300 v, 250 200-250 ^ 200 % 150 70-80 60-70 70-80
pe 100-150 60-80 50-60 25-35 20-25 15-20 8-9 6-7 3-4
La plupart de ces S.E. sont en affleurement ou sous faible couverture de Muschel¬ kalk, sauf les S.E. 1 et 6 , au toit du Muschelkalk. Fig. 7 CORRELATION DES RESISTIVITES DES GRES ET DE L'EAU
4 5 6 7 8 910^ 5 6 7 8 9 iC fe [ohm.nn] Tableau pour les points (fig. 7) entre les courbes 30 et 70.
SE N° 38 2 4,5, 30 Bl , B2
pr 300-350 '\-3 50-400 60-90 -v 250
pe 25-35? 20-25 1,4-2 8-10
Tous ces S.E. sont sous épaisse couverture de Muschelkalk ; certains (4, 5, 30) donnent en profondeur des grès plus résistants ; d'autres, des grès plus conducteurs (38, B 1, B 2) .
Poan. Zeignii _en_ai{¡Zeunementi_et_6qu¿ i^i^-^^.^ouv entune, on obtient ainsi une fourchette de facteur de formation de 10 à 30 [qui correspondrait, suivant les formules appli¬ cables en Angleterre, â des porosités de 24 à 8 %, gamme classique pour les grèsj .
Cette gamme permet de distinauer par géophysique les eaux douces (potables) et les eaux minéralisées, puisque cette limite se situe vers 15 ohms - m.
Ainsi, pe est sûrement inférieure à 15 ohms - m si pr est inférieure à 130 ohms - m, et pe est sûrement supérieure à 15 ohms - m si pr est supérieure à 200 ohms - m.
Si cette limite reste valable pour les ares en profondeur, une résistivité de
30 ohms - m des grès correspondrait à une eau de 1 à 3 ohms - m, soit 1,5 à 4 g Cl~/1 avec une minéralisation essentiellement liée aux chlorures, comme observé sur les forages.
Poun _Zei _gnèi ¿qui _^qn.te_cqu Ce phénomène rend l'interprétation plus délicate, pour distinguer eau douce et eau minéralisée autour de pe = 15 ohms - m ; en effet, il semblerait nue pe est inférieure à 15 ohms - m d'une manière à peu près certaine si pr < 350 ohms - m valeur déjà élevée. Par ailleurs, quelques S.E. donnent 250 ohms - m dès le toit des grès, alors que l'on serait tenté d'y affecter une résistivité de l'eau de 1 - 3 ohms - m, dans une large zone de Sarre - Union à Puttelange. Enfin ces porosités de 5 à 10 % apnaraissent faibles pour les G.I. T. ; quelques données de forages pétroliers indiquent plutôt une gamme de 10 - 20 %, très rarement en dessous, parfois jusqu'à 30 % . 10 4.3. Tentatiye_de_cartogra2hle. A partir de l'ensemble des données géoloaiques, hydrogéologiques, hydrochimiques et géophysiques, on peut tenter d'élaborer un zonage de la minéralisation des eaux suivant trois catégories : - eau salée pe < 5 ohms - m - eau moyennement salée 5 < pe < 15 ohms - m - eau douce 15 ohms - m < pe Cette carte est donnée en annexe 5 : , â l'Est, dans les Vosges et au Nord, les eaux sont douces, vraisemblablement sur toute l'épaisseur de l'aquifère, . on passe ensuite à une zone de transition où les eaux restent douces dans la partie supérieure des grès, mais seraient salées en profondeur, . vers le Sud-Ouest, les eaux sont moyennement minéralisées daps la partie supérieure, mais sans doute salées en profondeur et ces eaux salées remon¬ teraient jusqu'au toit de l'aquifère dans la vallée de la Sarre (de Sarraltroff à Oberstinzel ?) . au Nord-Ouest, les eaux des grès sont salées sur toute leur épaisseur avec une frange cOté Est (secteur Herbitzheim) où elles sont moyennement minéralisées dans la partie supérieure de l'aquifère. 5. HYPOTHESES SUR L'ORIGINE DE CETTE ANOMALUE CHLORUREE DE L'AQUIFERE. Différentes hypothèses ont été avancées pour tenter d'expliquer cette anomalie chlorurée de la nappe des grès : - drainance descendante des eaux des calcaires du Muschelkalk supérieur vers les grès, à travers des couches salifères, au niveau des reliefs de cuesta de cette formation calcaire, - drainance ascendante d'eaux salées profondes, par le jeu de failles, en parti¬ culier les failles de cette cuesta, - mise en contact des grès avec des zones salifères du Muschelkalk au droit des failles, - reliquat d'une salure originelle beaucoup plus importante. 11 Tous ces phénomènes existent vraisemblablement avec une intensité très différenciée suivant les secteurs. On doit noter qu'entre la Sarre et l'Eichel, les Vosges gréseuses ne jouent nas leur rSle de chateau d'eau, car les affleurements des grès sont très fortement drainés cSté alsacien par la Zorn et la Zinsel : les cotes de fond de vallée en affleurement des grès sont supérieures à 270 pour la Sarre et supérieure à 230 pour l'Eichel, alors qu'elles sont de l'ordre de 200 m - 220 m pour la Zorn et la Zinsel au niveau de Phalsbourg. La ligne de partage des eaux superficielles entre les versants lorrain et alsacien, située dans les Vosges gréseuses au Nord et au Sud, empiète sur la couverture de Muschelkalk dans la région de Phalsbourg, depuis Petersbach au Nord jusqu'à Gunswiller au Sud. Il est fort probable que la liane de partage des eaux souterraines des grès subisse ce phénomène : par exemple à Metting, sur le plateau de Muschelkalk, la cote piézométrique de l'aquifère des grès est de 230 m et n'a pratiquement pas baissé depuis 1960. Ainsi, la région entre Sarre et Eichel est beaucoup moins alimentée en eau douce par les Vosges que les régions adjacentes. Ce phénomène semble corroboré par les datations au Carbone 14, qui ont été réali¬ sées : toute cette région entre Sarre et Eichel contient des eaux d'âge supérieur à 15 OOO ans, voire 20 OOO ans (même trës près des affleurements comme à Reding) , alors que au Nord et sur¬ tout au Sud on note une pénétration d'eaux plus jeunes vers le Nord-Ouest. Ceci amène à situer l'anomalie chlorurée du bassin de la Sarre par rapport à l'état piézométrique naturel de la nappe qui a dû exister pendant des dizaines de milliers d'années jusqu'au début de ce siècle, début des exhaures de mines et des forages de pompage. L'esquisse de cette carte met en évidence dans la région étudiée (cf. annexe 6) : - les points hauts qui alimentent la nappe sous couverture : les Vosges gréseuses au Sud de la Sarre et au Nord de l'Eichel (pays de Bitche), ainsi que le secteur de cuesta de Longeville-Saint-Avold et du S.E. de Forbach (Kerbach) . - les points bas qui drainent la nappe : le versant alsacien, (en particulier Zorn, Zinsel, et plus au Nord la Moder) , la Sarre entre Sarreguemines et Sarrebrück, la vallée de la Blies au Nord-Est en Allemagne, et le secteur de Diemeringen où la nappe est à la cote moyenne de 2 3o. Cette distribution des points hauts et bas permet de supposer le régime naturel d'écoulement en distinguant des tubes de courant : - au Nord-Est, un écoulement relativem.ent rapide de la région de Bitche vers le Nord, vallée de la Blies, en partie en affleurement, - ensuite, un écoulement assez rapide sous couverture de la zone de Rohrbach-les- Bitche vers Sarreguemines avec de l'eau douce, déformé vers le Sud-Ouest par le drainage de l'Eichel, - 12 - - au centre, une zone à piézométrie presque plate, donc à écoulement très lent, en distinguant le Centre-Est, drainé par l'Eichel à Diemeringen et le Centre- Ouest, drainé vers la plaine de Creutzwald et de la' Sarre au Nord, - à l'Ouest, un écoulement vers le Nord-Ouest passant à l'Ouest du point haut de Longeville, - la ligne de partage des eaux souterraines entre versants alsacien et lorrain pénètre largement sous couverture à l'Ouest de Phalsboura. On note le fort gradient sous couverture au Sud de Sarrebourg sans doute lié au puissant drainage de la Zorn. Ainsi, il est probable que les eaux du forage de Sarre-Union proviennent non pas de l'Eichel, mais de la haute vallée de la Sarre ; ceci espliquerait que, rive gauche de l'Eichel, la nappe est salée sur toute son épaisseur, alors que, rive droite, elle a de l'eau douce en surface et salée en profondeur (par stagnation profonde, par biseau eau douce/salée ?) 6. POURSUITE DES INVESTIGATIONS. La prospection électrique par S,E. appliquée à la minéralisation des eaux manque de précision dans le domaine des grès sous couverture par manque d'informations hydrogéologiques. Il apparaît nécessaire de poursuivre les investigations en diversifiant les techniques. - Poursuite des mesures par sondages électriques dans les zones d'affleurement et de faible couverture où l'on connaît la résistivité de l'eau, pour ihieux étalonner la relation résistivités eau/grès aquifère, et quelques sondages en très grande ligne pour préciser la résistivité du substratum sous les grès. - Essais en laboratoire sur des échantillons de grès des différentes formations des G.I. T. (porosité, facteur de formation). - Réalisation de diagraphies complètes sur tous les forages accessibles pour y préciser . la porosité, . la résistivité des grès et de l'eau, . la perméabilité (zones fissurées). Il est par ailleurs nécessaire de situer ces investigations dans un contexte plus large que l'anomalie chlorurée du bassin de la Sarre : - la nappe des grès, depuis sa mise en exploitation au début du siècle, a une pié¬ zométrie qui baisse, posant des problèmes d'apnrofondissement des forages en par¬ ticulier au voisinage des exhaures de mine des H.B.L. - 13 La réserve d'eau douce apparaît beaucoun plus limitée que les estimations anté¬ rieures, car la nappe est trop minéralisée sur de grandes étendues et semble-t-il en profondeur même où en surface l'eau est douce. On doit donc orienter la gestion de cet aquifère sur une gestion de stock d'eau douce très peu renouvelable, avec le problème des zones de bordure eau douce - eau salée. CONCLUSIONS La prospection géophysique par sondages électriques, malgré ses limites actuelles d'interprétation sous couverture de Muschelkalk calcaire , a apporté de précieux renseignements, sur la zone de bordure Est, entre eau douce et eau salée. Les résultats obtenus, resitués dans le contexte hydrogéologique et comparés aux autres données récentes , en particulier la datation des eaux, permettent de mieux cerner le régime général de cette napne. Ainsi, il apparaît nécessaire, pour assurer une bonne gestion de cette ressource en eau capitale pour la région, de poursuivre ces investigations dans un contexte plus large, comnte tenu de l'ensemble des problèmes posés et en application de la réglementation en vigueur (décret-loi de 1935 récemment mis en oeuvre sur cet aquifère) avec une notion de gestion d'un stock d'eau douce peu renouvelable. L'Ingénieur chargé d'étude Le Directeur du Service Géologique Régional Alsace Y . BABOT J.J. RISLER Annexe 2 ORIENTATION VES SONDAGES 1 Numéro de Longueur de LocaLisation Ligne Orientation sondage En affleurement S 1 Sarrebourg 2 000 WSW - ENE S 2 Hartzvi Lier 2 000 SU - NE S 3 Gunzvi LLer 2 000 NU - SE S 4 Grand soldat 1 000 .. UNU - ESE S 4 bis Grand soldat 1 500 UNU - ESE S 5 Trois-Fontaines 3 000 N-S S 6 Mouterhouse 2 000 N-S S 7 St Louis Les Bitche 1 500 N-S S 8 riontbronn 3 000 SU - NE S 9 Enchenberg 1 500 SSU - NNE S 10 Vallée d'Altkirch 3 000 SSW - NNE S 11 Butten 3 000 SW - NE Sous couverture - A. Région_de_SâiIEerUQÍQD_=_BÍS!DfiCÍD9fib - 1 Herbitzheim 2 000 NS 2 Oermingen 3 000 NU - SE 3 Vallée du Petersbach 600 NE - SW 4 Voellerdingen 3 000 NNW - SSE 5 Sarre-Union 3 000 NNW - SSE 6 Langatte-Bert helming 3 000 WSW - ENB 7 Sarre-Union 3 000 , NNE - SSW 8 Sarre-Union 3 000 NNW - SSE 10 Sarre-Union 3 000 WSW - ENE B . BégiQn_de_SarrÊbQyE3_r_Bêrt helming . B 1 Bettborn 3 000 NE - SW B 1 bis Bettborn 1 000 NW - SE B 2 Oberstinzel 3 000 NNW - SSE B 3 Réding 3 000 NW - SE B 4 Dolving 3 000 NNW - SSE B 4 bis Dolving 1 000 WSW - ENE 41 Sarraltroff 1 000 NNW - SSE 41 bis Sarraltroff 3 000 NNW - SSE 42 Sarraltroff 600 NNW - SSE 43 - Sarraltroff 1 000 NE - SW 44 Réding 1 000 W - E 45 Sarraltroff 1 000 N - S 46 Sarraltroff 1 000 NW - SE 47 Sarraltroff 800 NNW - SSE 48 Sarraltroff 1 000 N - S 49 Hartzwi l 1er 1 000 NW - SE 50 Sarraltroff 600 NW - SE 51 Sarraltroff 600 NW - SE 52 Sarraltroff 800 NU - SE 53 Sarraltroff 3 000 NNW - SSE 54 Sarraltroff 3 000 NW - SE 55 Hellering 3 000 NNW - SSE 56 Ki rrberg 3 000 N - S 57 Rauwi l 1er 3 000 NNW - SSE 58 Hellering 3 000 ENE - WSW 60 Hoff 1 000 NE - SU 61 Kerpich aux Bois 2 000 NE - SU 62 Kerpich aux Bois 3 000 NW - SE 63 Vieux Lixheim 2 000 NW - SE 64 Flei sheîm 2 000 NW - SE 11 Diemeringen 2 000 NNW - SSE 12 Lorentzen 2 000 WSW - ENE 13 Lorentzen 2 000 N - S 14 Diemeringen 1. 500 N - S 15 Diemeringen 800 NW - SE 16 Rexingen 1 000 N - S 17 Mackwi lier 1 500 NW - SE 18 Ualdambach 1 500 N - S 19 Waldambach 800 N - S 20 Adamswiller 800 NNW - SSE 21 Diemeringen 800 WSW - ENE 22 Diemeringen 400 NNE - SSW 23 Diemeringen 600 E - W 25 Burbach 3 000 NNW -SSE 26 Adamswi lier 1 000 NE - SW 27 Voellerdingen 1 500 NNE - SSW 28 Butten 1 500 NNE - SSW 29 Adamswi lier 1 000 N - S 30 Voellerdingen 1 000 N - S 31 Tief fenbach 1 500 SW - NE 32 Tieffenbach 1 500 N - S 33 Rahling 2 000 NNE - SSW 35 Ottwi lier 2 000 NW - SE 36 Lohr 2 000 NNE - SSW 37 Metting 2 000 NW - SE 38 Schalbach 3 000 N - S 39 Weyer 2 000 NNW - SSE 1830. 356 ZONAGE DES EAUX DES G.I.T 1 1 1 I I I I I I I Eau moyennement solée Base des grès salés T^fin fr°ra9e et teneur CI" en mg/l Ligne de partage des eaux superficielle Sens d'écoulement des eaux douces Sens d'écoulement des eaux minéralisées N°2227-3 /2-3-196Z - Annexe 6 ESQUISSE D'UN RÉGIME NATUREL DE LA NAPPE DES G.I.T. 1240 Forage et teneur en chlorures (mg/1) Limite d'affleurement des grès 240 — Courbe isopièze et sa cote estimée /////A// Ligne de partage des eaux souterraines Sens c 'écoulement des eaux M G1