Faisabilité d`une exploitation des ressources en eau profonde du
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Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable Rapport final BRGMIRP-53122-FR Mai 2004 Étude réalisée dans le cadre des opérations de Service public du BRGM 03EAUG09 J . 4 . Maréchal Faisabiliibd'une exploitation des ressources en eau proronde du socle granitique de la Monlagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable Mots clés : hydrogéologie, prospection, socle, Montagne Bourbonnaise. En bibliographie, ce rapport sera cilé de la façon suivanle : Maréchal J.-C. (mai 2004 ) - Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable - Rap. BRGM RP-53122-FR, 39 pages, 6 figures, 4 tableaux, et 2 annexes. O BRGM, 2004, ce document ne peut être reproduit en tolalilé ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM. 2 Faisabililé d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirnenlalion en eau potable Le secleur de la Montagne bourbonnaise, au sud-est du déparlemenl de l'Allier, est une zone composée principalement de roches de socle (granile et schiste pour l'essentiel) où les ressources en eau utilisées aujourd'hui pour l'alimentation en eau polable sont essentiellement consliluées de sources émergeant d'arènes granitiques de sub-surface effou de formations superficielles. Ces ressources sont d'une très grande variabilité de débit (débit pouvant être très faible en étiage) et très dépendantes de la pluviométrie. Pour s'affranchir de ce problème, il est envisagé d'exploiter la ressource au moyen de forages plus profonds qui permettraient de bénéficier de I'eifet de régulalion associée au stock d'eau souterraine. En conséquence, la Direction Départementale de l'Agriculture et de la Forêt (DDAF) du département de l'Allier a demandé au BRGM d'expertiser, au vu de I'évolulion des connaissances et des techniques, les résultats des études précédentes de prospection hydrogéologique dans ce secteur de manière à revoir, si nécessaire. la méthodologie d'exploration et à déterminer s'il y a ou non des potentialités en eau soulerraine à des profondeurs acceptables et présentant une qualité compalible avec les exigences de potabilité (ou de potabilisation). Les campagnes de prospection hydrogéologique menées par le BRGM entre 1986 et 1989 onl donné des résultats décevants. II est possible qu'en visant (conformément au concept d'aquifère de socle (( discontinu )) tel que défini au 5 2.2.1.) les linéaments et en se plaçant syslématiquement sur des points bas, les prospections précédentes aient abouli à séleclionner des points où seule une éventuelle fraclure tectonique, spatialement limilée et éventuellement colmatée, pourrait assurer la lransmissivité et la réserve de l'aquifère. Une alternalive à cette approche serait de viser des zones où la couverture d'altéralion n'a pas été érodée. Une méthodologie adaptée au nouveau concept d'aquifère de socle ((stratiforme continu)) (tel que défini au § 2.2.2.) est proposée en conséquence au § 3.3. Par ailleurs, on constate sur les eaux analysées dans la région de la Montagne Bourbonnaise des problèmes de qualité assez prévisibles, concernant le fer, le manganèse, I'arsenic el dans une moindre mesure le fluor et l'aluminium. En tout état de cause, il semble que ces eaux peuvent être potabilisées au moyen d'un traitement adéquat. Lors des futures prospeclions hydrogéologiques, il conviendra égalemenl d'inlégrer. dans le cadre du choix des siles favorables pour les prospeclions de terrain, l'existence dans la région de fréquents indices de minéralisations. A ce stade des connaissances, les recommandalions pour de futures prospeclions hydrogéologiques dans la région de la Montagne Bourbonnaise sont les suivantes : - sous réserve de la prise en compte des incidences possibles de nouveaux caplages sur l'exploitation acluelle (débit de l'Allier en étiage en particulier) el des 3 Faisabililé dune exploitalion des ressources en eau proionde du socle granilique de la Montagne bourbonnaise pour I'alimentaiionen eau potable interférences enlre ouvrages, la nappe alluviale de l'Allier peut constituer éventuellement une alternative pour la commune d'Abrest, voire de Le Vernet ; - pour les communes de Sainl-Eiienne de Vicq, Saint-Chrislophe. Isserpent et Le Breuil, dans l'état actuel des connaissances, il apparaît hasardeux de prospecter les dépôts tertiaires des Limagnes dans lesquels les sables du Bourbonnais semblent limités par la présence d'argiles. Une alternalive consisterait à vérifier la faisabilité d'exploiter les eaux de la zone d'artésianisme. Dans ce but, il conviendrait d'évaluer la ressource disponible en faisanl. dans un premier temps, I'invenlaire des puits artésiens en y procédanl à des pompages d'essai et d'en analyser la qualité des eaux puis, le cas échéant et dans un deuxième temps, en meltant en œuvre des prospections hydrogéologiques dans ce secteur ; - dans la plupart des communes, le socle granitique conslitue une cible intéressante pour la prospection d'eau soulerraine. Une première alternative pourrait consister à vérifier la faisabilité (quantité, qualité) d'exploiter des forages existants, comme par exemple les forages profonds du projet ENERGEROC, au Mayet-de-Montagne. II est préconisé de les tester par analyses de la qualilé de l'eau el essai de pompage de longue durée. Parmi les forages de la campagne BRGM, il est également proposé de vérifier le potentiel du forage MB-7 situé à La Guillermie au moyen d'un pompage de longue durée. La mise en œuvre d'une campagne de prospection à l'échelle régionale incluant les étapes décrites au 5 3.3 conslitue une seconde alternative de façon à localiser des siles polentiels pour de nouveaux sondages exploratoires. 4 BRGMIRP-53122-FR Faisabililé o’une explotalion des ressources en eau prolonoe dt. socle granilique de la Montagne boLroonnaise pour aimenlalion en eau p o i a ~ e Sommaire 1. Introduction...................................................................................................... 7 2. Potentialité des aquifères................................................................................ 9 2.1. Aquifères potentiels dans la zone d’élude ........................................................... 9 2.2. Généralités sur les aquifères de socle ............................................................... I I 2.2.1. Le concept classique d’aquifère discontinu............................................... I I 2.2.2. Le concept nouveau d’aquifère continu slratiforme lié à l’altération .......... 12 2.2.3. Structure des aquifères de socle .............................................................. 13 . 2.3. Zones d,arlesianisme ........................................................................................ 16 3. Campagnes de prospections hydrogéologiques au sein des formations granitiques de socle .......................................................................................... 3.1, Historique et résultals des précédentes campagnes.......................................... 3.2. Critique et perspeclives ..................................................................................... 3.3. Prospection des aquifères de socle ................................................................... 4 . Qualité de l’eau ............................................................................................... . .. 4.1, Generalites........................................................................................................ I 4.2. Analyses disponibles ......................................................................................... 4.2.1. Zone a haute )) ......................................................................................... 4.2.2. Zone (( basse » ......................................................................................... 4.3. Synthèse ........................................................................................................... - 5. Conclusions recommandations.................................................................. BRGM/RP-53122.FR 19 19 21 23 27 27 28 28 29 30 31 5 Faisabilitb d'une exploiiaiion des ressources en eau proronde du socle granitique de la Monlagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau polable Liste des figures Figure 1 : Situation des communes identifiées comme ayant des besoins en eau et localisation des forages de la campagne de prospection BRGM (1986a 1989)............................................................................................................................ 8 Figure 2 : Concept (( classique )) d'aquifère discontinu ............................................... Il Figure 3 : Modèle conceptuel d'un aquifère de socle .................................................. 13 Figure 4 : Carte de localisation des zones d'artésianisme et profondeur des principales venues d'eau dans les forages (d'après (Cogema 1987).......................... 17 Figure 5 : Coupe hydrogéologique schémalique expliquant I'artésianisme de la région de Saint-Etienne-de-Viq (modifié d'après la carte géologique). Echelle .. verticale très exageree................................................................................................ 18 Figure 6 : Evolution de l'accroissement de débit au soufflage par mètre d'épaisseur de tronçon en fonclion de la profondeur................................................... 22 Liste des tableaux Tableau 1 : Localisation des sondages réalisés lors des premières prospections BRGM......................................................................................................................... 19 Tableau 2 : Caractéristiques des sondages ................................................................ 20 Tableau 3 : Synthèse des élémenls chimiques en excès par rapport aux normes de qualité, dans les (orages de la campagne 1986/1988(-20: inférieur à 20, N : norme de qualite) ......................................................................................... 28 . I Tableau 4 : Synthèse des éléments chimiques en excès par rapport aux normes de qualité, dans les forages du Champ Grenier (-20 : inférieur à 20, N : - , norme de qualite) ........................................................................................................ 29 Liste des annexes Annexe 1 : Principales lithologies composant le substratum des communes (d'après les cartes géologiques) ................................................................................. 37 Annexe 2 : Log géologique schémalique du bassin d'lsserpent dans le FL3 (selon point BSS 06471X0005) 39 6 Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau prolonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirneniaiion en eau poiable 1. Introduction Le secteur de la Montagne bourbonnaise, au sud-es1 du département de l'Allier, est une zone composée principalement de roches de socle (granitique pour l'essentiel) où les ressources en eau utilisées pour l'alimentation en eau potable sont essentiellement constituées de sources émergeant d'arènes graniliques de sub-surface eüou de formations superficielles (colluvions, etc.). Dans la mesure où il s'agit d'un volume de débordemenl, ces ressources sont d'une très grande variabilité de débit (débil pouvant être Irès iaible en étiage) et très dépendantes de la pluviométrie (faible inertie). Pour s'affranchir de ce problème, il est envisagé d'exploiter la ressource au moyen de forages plus profonds qui permeltent de bénéficier de I'effel de régulation associée au stock d'eau souterraine. En conséquence, la Direction Départemenlale de l'Agriculture et de la Forêt (DDAF) du département de l'Allier a demandé au BRGM d'expertiser, au vu de l'évolution des connaissances et des techniques, les résultats des études précédentes de prospection hydrogéologique dans ce secteur de manière à revoir, si nécessaire, la méthodologie d'exploration et à déterminer s'il y a ou non des potenlialilés en eau souterraine à des profondeurs acceptables et présentanl une qualité compatible avec les exigences de potabilité (ou de potabilisation). En vue de satisfaire les besoins en eau les plus aigus, la DDAF a retenu essentiellemenl deux zones (Figure 1): - une zone haute )) principalement sur les communes de Saint Nicolas des Biefs, Châtel Montagne, Laprugne. La Guillermie, Lavoine et Le Mayet de Montagne, où les lerrains sont essentiellement granitiques (( - une zone (( basse )) où, en complément des terrains granitiques, est présente une couverture tertiaire de type (( Limagnes )) dans les secteurs d'lsserpent, Saint Etienne de Vicq, Saint Chrislophe, Le Breuil, Arfeuilles - voire, plus à l'ouest, Abrest et Le Vernet qui se situent au voisinage des formalions alluviales de l'Allier qui sont susceptibles de constituer une ressource en eau significalive. A litre d'ordre de grandeur, la DDAF a évalué les besoins en eau qui auraient été nécessaires pour pallier la crise de l'été 2003 dans le secteur à environ 1000 à lZOOm3/j doni la moitié environ sur Le Mayel de Montagne, le reste étant réparti sur l'ensemble de la zone. 7 Faisabililé d'une exploilation des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Moniagne bourbonnaise pour I'alirnentaiion en eau potable 2. Potentialité des aquifères 2.1. AQUIFÈRES POTENTIELS DANS LA ZONE D'ÉTUDE Sur base de la géologie des communes de la région de prospection (Annexe l), trois types d'aquifères potentiels peuvent être distingués : - I'aquilère alluvial de l'Allier dans la Commune d'Abrest ; - les aquifères sédimentaires des formalions tertiaires de type (( Limagne )) du Bourbonnais dans les communes de Abrest, Le Vernel. Saint-€tienne-de-Vicq, Saini-Christophe et Isserpent ; - les aquifères de socle dans les communes de la (( zone haute )) et certaines communes de la (( zone basse )) (Le Breuil, Arfeuilles, de Saint-€tienne-de-Vicq el Saint-Christophe). a) Alluvions de la vallée de l'Allier L'épaisseur de la nappe es1 en moyenne de 4 à 5 mètres et la perméabilité de l'ordre de 51x10.~m/s. Possédant de bonnes capacités en raison principalement de ses relations avec le cours d'eau, cette nappe est déjà exploitée pour I'AEP des communes environnantes. Elle n'est cependant pas exploitée par la Commune d'Abrest. Forîement exploilée dans la zone d'étude, l'accroissement des prélèvemenls se traduirail immanquablement par une pression supplémentaire sur le débit de l'Allier. Celle nappe es1 également sensible aux éventuelles pollutions dans la rivière Allier. Dans le secteur étudié, les alluvions de l'Allier surmontent les sédiments Oligocènes de Limagne qui constituent le réservoir des eaux minérales du Bassin de Vichy. L'exploitation par pompage de la nappe alluviale peut localement favoriser la remontée d'eau minérale et, par conséquent, modifier la qualité de l'eau (présence de F et As notamment). b) Formations sédimentaires : sables et arailes du Bourbonnais e l calcaires de I'Oliaocène La principale formation présente à proximité des communes éludiées appartient au remplissage tertiaire (Oligocène principalement) des fosses d'effondrement de type (( Limagne ». Plus précisément, elle est dénommée FL(3) : sables grossiers quartzofeldspathiques de Lapalisse. Ils contiennent parfois des petits galets mal roulés uusqu'a 3 et 5 cm) de quartz, granile. microgranites, rhyolites. La matrice sableuse, quarlzo-feldspathique contient de nombreux et assez gros feldspaths roses, BRGMRP-53122-FR 9 Faisabilil4 d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle graniüque de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable notamment à proximité du socle. L'un des sondages réalisés dans ces lormalions. exécuté à la grande Brière, que l'on peul considérer comme représentatif de l'ensemble, a traversé sur 20 m, en alternance, des sables fins à grossiers quartzofeldspathiques. le plus souvent argileux et des argiles généralement sableuses. La présence d'eau est fréquente dans les horizons les plus sableux. Un exemple de log de forage dans ce lype de formation (Annexe 2) illustre la nature des matériaux rencontrés dans le bassin d'lsserpent : les ensembles sablo-argileux y dominent. Aucun sondage n'ayant, à notre connaissance, fait l'objet d'essais hydrogéologiques, les paramètres hydrodynamiques (porosité et perméabilité) de ces formations sont inconnus. Les calcaires de l'Oligocène sont également présents. Ils sont exploités pour I'AEP d'une partie de la Commune d'Abresl. Celte formalion géologique est affeclée d'une perméabilité de fissures qui se traduit par un lransferl relalivemenl rapide des eaux météoriques vers l'aquifère. Les débits sont fluctuants et la vulnérabilité de l'aquifère, vis à vis d'une éventuelle pollution, n'est pas négligeable. Plus généralement, à l'échelle de l'ensemble des Limagnes (Genter et al. 2003), i'hydrogéologie est assez largement contrôlée par la géométrie des grands accidents structuraux. L'hétérogénéité verticale et latérale du remplissage sédimentaire des Limagnes (variations latérales de faciès enlre la bordure et le cenlre du bassin, variations de puissance), associée avec les jeux de horsts et grabens qui ont affecté le Massif Central à la fin du Miocène, sont donc deux éléments majeurs qui engendrent des aquifères de type discontinu. En effel, les séquences sédimenlaires telles que sables, grès, calcaires, conglomérals, constituent des réservoirs aquifères potentiels. Cependant, beaucoup de formations sédimentaires sont de type lagunaire, ce qui peut engendrer des petites lentilles aquifères plus ou moins connectées entre elles, ou prisonnières de niveaux plus imperméables, et sans réel potentiel. La mixité des faciès (calcaires marneux, sables argileux, ...) peut aussi jouer sur les porosités et les perméabilités. La structure et la nature des aquifères jouent un rôle importanl dans leur polenlialilé. Ces aquifères son1 donc par essence difficiles à caractériser, car les extrapolations sont hasardeuses, et ce niveau de risque n'a pas encouragé les investigations (Maget, 1983). De plus, il y a encore à l'heure actuelle une grande méconnaissance de la structure profonde des Limagnes. Ces constats justifieraient une caractérisation d'ensemble de la struclure géologique et hydrogéologique des Limagnes. c) Socle aranitiaue le socle Présent sur une majeure partie des communes de la zone d'étude (Annexe l), granitique constitue probablement la solution la plus adaptée au problème posé et fait I'objel d'une analyse ci-dessous. La zone d'artésianisme d'lsserpent fait également l'objet d'une explication. 10 Faisabilil6 d'une exploilation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable 2.2.2. Le concept nouveau d'aquifère continu stratiforme lié à l'altération La plupart des régions où affleurent les roches métamorphiques ou plutoniques sont des régions dites (( stables >) qui ont de ce fail été exposées, pendant des durées souvent très longues (plusieurs dizaines de millions d'années), à l'altération météorique, souvenl sous des climats chauds et humides. Les recherches développées depuis la fin des années 1990 sur les propriétés physiques acquises par les roches de socle au cours de l'altération météorique on1 conduit à la mise en évidence, SOUS la partie meuble des profils (altérites ou arènes dans les granites), d'un horizon fissuré slratiforme de 50 à 100 m de puissance (Figure 3). L'origine de cette fissuration est généralement attribuée à des processus de (( décompression )) (Davis and Turk 1964; Acworth 1987; Wrighll992). Cependanl, des observations récentes (Wyns, Gourry et al. 1999; Lachassagne, Wyns et al. 2001; Cho, Choi et al. 2003; Wyns, Baltassat et al. 2003). menées tant à l'échelle du paysage qu'à celle des minéraux, montrent que cette fracturation résulte des contraintes engendrées par le gonflement des minéraux au cours du processus d'allération, en particulier la biotite (transformation en chloritehermiculite) (Wyns, 2003). La fréquence des fissures est maximale au sommet de l'horizon fissuré, et décroît régulièrement vers le bas. Dans les roches grenues isotropes (nolamment les granites), où les biotites ne sont pas orientées, le gonflement a pour eifel d'augmenler fortement les composantes horizonlales du lenseur de contraintes par rapport à la composante verticale. Le déviateur de contraintes ainsi créé entraîne la rupture de la roche selon des plans horizontaux, perpendiculaires à la contrainte minimale. II en résulte des fissures planes, subhorizontales, bien reconnaissables à l'affleurement. Cet effet mécanique s'observe également dans la partie inférieure des arènes, qui prennenl un aspect feuilleté (« horizon feuilleté »). C'est la coalescence de ces plans horizonlaux au sommet de l'horizon fissuré qui matérialise la transilion avec les arènes. L'existence et l'intensité du réseau de fissures induit par l'altération sont contrôlées par la minéralogie et la texture de la roche : les roches riches en biotite présentent un horizon fissuré bien développé, tandis que les roches dépourvues de biotite ou de minéraux susceptibles de gonfler ne développent pas ce type de fissuration ; de même, à minéralogie équivalente, les roches à gros grain présentent un horizon fissuré plus développé que les roches à grain Fin. L'épaisseur de l'horizon fissuré est proportionnelle à celle des altérites meubles du profil d'altération avant érosion. Pour une lithologie donnée, elle dépend principalement de la durée pendant laquelle s'es1 exercée l'altération el du potentiel topographique (allitude du sol) au moment de l'altération, permetlant au profil de s'enfoncer (Wyns, 2002). Les conditions optimales sont généralemenl remplies dans un contexte géodynamique de flambage lithosphérique, qui conduit à la formation de surfaces de pénéplanation (en présence d'un relief plus fort, l'érosion devient supérieure à I'altéralion et les produits d'altération ne peuvent s'accumuler), et SOUS un climat hydrolysant (plus qu'une température moyenne élevée, le facteur prépondérant es1 représenté par des précipilations significatives). En Europe, le Crélacé inférieur et I'Eocène inférieur et moyen, ayant duré chacun de 20 à 25 Ma, constituent les périodes 12 BRGMIRP-53122-FR Faisabilitéd'une exploitation des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaise pour I'alimeniationen eau polable - le substratum rocheux sain. II ne présente des perméabilités élevées que très localement, au droit des fractures d'origine leclonique, qui peuvent contribuer pour plusieurs m3/h (jusqu'à 10 ou 20 m3/h dans certains cas) au débit inslanlané des forages. Les débits spécifiques (Q/épaisseur de formation recoupée) y sont beaucoup plus faibles qu'au sein de l'horizon fissuré. décril ci-dessous (Cho, Choi et al. 2003 ; Maréchal, Dewandel e l al. 2003). II n'offre qu'une très faible capacité de stockage d'eau souterraine à l'échelle du massif (porosité efficace << 10-4). - un horizon intermédiaire - (( fissuré altéré n (ou horizon fissuré) est intercalé entre le substratum sain et les altériles (Houston and Lewis 1988; Howard, Hughes et al. 1992). II atteint en général, en France métropolitaine, une cinquantaine de métres d'épaisseur (Cho, Choi et al. 2003; Maréchal, Dewandel et al. 2003). II est caractérisé par la présence de fissures (subhorizontales dans les granites), 10 par mètre en moyenne dans les premiers mètres sous les altérites, dont la fréquence décroît avec la profondeur (Cho, Choi et al. 2003; Maréchal, Dewandel et al. 2003). Au sein des granites, (Maréchal, Dewandel et al. 2003) montrent, au moyen de pompages d'essai, de mesures au micro-moulinel, d'essais d'injection, etc.. que, parmi ces nombreuses fractures subhorizontales (plusieurs dizaines au sein d'un profil d'altération), sur une même verticale, seules quelques fractures présentent une perméabilité suffisante pour constituer des (( venues d'eau )) (perméabilité > 10-5 m/s). Ces quelques fractures perméables montrent une relative homogénéité de leur perméabilité (moyenne géométrique voisine de 10-4 m/s) ; c'est donc plus leur nombre que leur perméabilité relative qui conditionne la productivité d'un forage. L'extension latérale de ces fractures perméables est comprise entre 5 et 40 m environ. Cette perméabilité liée à l'altération est complétée par des joints (fracturation probablemenl d'origine tectonique) d'orientation principale subverticale, d'une perméabilité 1O fois moindre en moyenne que les fraclures subhorizontales, mais qui contribuent significativement à la connectivité du réseau. L'ensemble des autres fractures de moindre perméabilité est à l'origine d'une (( perméabilité de blocs », voisine de 5.10-8 m/s. significativement plus forte que la perméabilité de matrice (10-14 à 10-9 m/s). Ces (( blocs n assurent 90% de I'emmagasinement total de l'horizon fissuré de l'aquifère, estimé à 6.10-3. les fractures perméables ne contribuant que pour 10% à I'emmagasinement total. Les estimations de porosité efficace déduites de sondages RMP (Maréchal, Dewandel et al. 2003; Wyns, Baltassat et al. 2004) donnent un ordre de grandeur similaire (0.5 à 1,5%). - les formations meubles d'altération de ce substratum, les altérites (arènes en milieu granitique, saprolite au sein des roches mélamorphiques). qui le recouvrent sur une épaisseur variable, de O. là où cet horizon est totalement érodé, à plusieurs dizaines de mètres. Du fait de la présence quasi généralisée d'argile en leur sein, elles sont caractérisées par une relativement faible perméabilité, mais des capacités significatives d'ernmagasinement (Acworth 1987). Leur porosité efficace est variable selon la nature de la roche mère ; elle est comprise entre moins de 1% (roches très pauvres en quartz par exemple) et plus de 15%. Ce compartiment assure, lorsqu'il est saturé, une fonction capacitive, de stockage des eaux souterraines. En France métropolilaine, les horizons les plus évolués du profil d'altération (allotérites) n'ont été que lrès localement préservés de l'érosion ; ils sont beaucoup mieux conservés en Guyane par exemple. 14 Faisabililé d'une exploilation des ressources en eau profondedu socle graniiique de la Monlagne bourbonnaise pour I'alimentaiionen eau potable Ces différents horizons constituent un aquifère composile dont les propriétés hydrogéologiques sont optimales, pour I'implantalion de forages par exemple, dans les secteurs où ces trois compartiments sont présenls, où ils combinenl au mieux leurs caractéristiques hydrodynamiques respectives : capacitives pour les altérites et transmissives pour l'horizon fissuré-altéré et le substratum sain, là où ce dernier présente une fracturation d'origine teclonique. La formation de l'horizon fissuré-altéré est donc étroitemenl liée au développement des altérites et, de ce fait, à la progression du lront d'altération. Par conséquent, à l'échelle régionale, ces couches altérées sont parallèles aux paléosurfaces d'altération (paléopaysage) contemporaines de I'altéralion (Wyns 1991; Wyns, Gourry et al. 1999). A l'échelle locale (de 10 à 100 m environ), la morphologie de ces horizons peut être influencée par des variations lithologiques ou structurales (approfondissements locaux de la base des altérites). ces dernières étant bien connues des hydrogéologues et géophysiciens du socle qui les utilisent pour implanter les forages d'eau (Greenbaum 1992). Ces anciennes surfaces peuvenl avoir été affectées par des processus d'érosion postérieurs à la principale phase d'altération. Ainsi, les altériles et l'horizon fissuré constituenl des horizons stratiformes don1 la géométrie à l'échelle régionale peut être reliée à la plus ou moins bonne préservation, voire à la déformation de ces paléosurfaces d'altération. Sur la base de la connaissance de ces principes génétiques, il est relativement aisé de carlographier, à l'échelle régionale (Wyns 1991; Wyns 1991; Lachassagne et al. 1999, Lachassaane et al. 2000 ; Lachassagne el al. 2001a ; Lachassaane. Wvns et al. 2001b) I'aÏtitude de : - la limite entre les allérites et l'horizon fissuré, qui est facilement observable sur le terrain, - la base de l'horizon fissuré, sur la base de la connaissance de son épaisseur moyenne pour chaque type de lilhologie (s'agissant d'une limile probabiliste - densité de fissuration nulle -, elle n'est pas directement visible sur le terrain), et ainsi de déterminer respectivement l'épaisseur résiduelle : - des altérites, - de l'horizon fissuré-altéré. Ce modèle hydrogéologique s'applique donc relalivement bien aux régions n'ayant subi que des processus d'érosion modérés depuis les phases les plus récenles de mise en place généralisée de manteaux d'altération et qui, de ce fait, ont conservé une part significative de leur couverture d'altérites (Brelagne (Wyns 1991; Wyns 1991; Lachassagne, Wyns et al. 2001), Massif Central (Lachassagne et al. 2001a ;Lachassagne, Wyns et al. 2001b), Vosges (Mercier, Wyns el al. ZOOO), Ardennes, avant pays pyrénéen, elc.). Des travaux de cartographie récents réalisés en Bretagne el Pays de la Loire (Wyns. Baltassat et al. 2003) suggèrent qu'en Europe, comme les altérites sont en partie érodées, c'est l'horizon fissuré-altéré qui, comple tenu de son épaisseur importante et de sa position par rapport au niveau piézométrique (à la différence des altérites sus-jacentes, il est presque toujours quasi intégralement saturé en eau), assure l'essentiel du stockage des eaux soulerraines à 15 Faisabilitéd'une exploiiation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirnenlaiionen eau potable l'échelle du bassin versant (80% du stock environ, contre 20% seulemenl au sein des altérites). 2.3. ZONES D'ARTÉSIANISME Plusieurs zones d'artésianisme ont été observées au Nord des communes de SaintEtienne-de-Vicq, Saint-Christophe et Isserpenl. Leur localisation est représentée à la Figure 4 selon la délimitation de la notice d'impact de la Cogéma (1987) pour la concession du Champ Grenier. D'après ce rapport (Cogema 1987), les forages recoupent tout d'abord les formalions détritiques du Tertiaire (principalement argilo-sableuses avec de rares niveaux conglomératiques et carbonatés) et ensuite le socle granilique (voir aussi le log du forage de l'Annexe 2). Certaines venues d'eau sont observées dans les sédiments du Tertiaire, d'autres à l'interface sédimenls - socle granitique et d'autres au droil de fissures eVou fractures dans le socle granilique. Les débits (instantanés) estimés (Cogema 1987) oscillent entre 5 et 20 m3/h et, exceplionnellement 50 m3/h, de façon lemporaire (décroissance progressive avec le temps). L'artésianisme observé peut s'expliquer de la manière suivante : 1. la présence de formations superficielles peu perméables (altérites du socle, formations argileuses des dépôts tertiaires, etc.) qui constituent un aquiclude susceptible de rendre captives les nappes sous-jacentes ; 2. le fait que les aquifères en question présentent des charges hydrauliques supérieures à l'altitude de la surface du sol. Cela signifie que les aquifères sont alimentés à une altitude supérieure à celle de la zone d'artésianismece qui est très vraisemblable compte tenu de la morphologie relativement marquée de ces zones de bordure des Limagnes (Figure 5); 3. Par ailleurs, I'artésianisme ne préjuge en rien de la perméabilité des formations aquifères concernées, donc des débits exploitables en leur sein. Les débits estimés en débit d'artésianisme sont similaires (et comparables) à ceux obtenus par soufflage au sein d'aquifères de socle. II est probable qu'ils soient donc représentatifs de la perméabilité de l'horizon fissuré de ces formations, préservé SOUS la couverture sédimentaire. Par ailleurs, ce n'est pas parce que ces forages sont naturellement artésiens qu'ils pourront iorcémenl être exploités sans dispositif de pompage. Tout au plus, les charges hydrauliques permeltront de diminuer la consommation énergétique pour le pompage. II conviendrail de vérifier la qualité des eaux ainsi qu'effectuer un bilan de la quantité d'eau exploitable dans cette zone. 16 BRGM/RP-53122.FR Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Monlagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable 3. Campagnes de prospections hydrogéologiques au sein des formations granitiques de socle 3.1. HISTORIQUE ET RÉSULTATS DES PRECÉDENTES CAMPAGNES Les opérations de recherche d'eau par forages profonds (Tableau 1) effectuées par le BRGM, à l'époque dans le cadre de son activité d'ingénierie, à la demande de la Direction Départementale de I'Agricullure de l'Allier dans le massif granilique de la Montagne Bourbonnaise ont été divisées en trois phases, de 1986 à 1989. MB 9 695020 21 19660 0670-4X-O003 360 MBlO 700300 2122810 0647-5X-O006 450 Complexe andésitique volcano-sédimeniaire Granile type Mayei-de- Arronnes Nizerolles Montagne ? MB11 703620 2117930 0671-1X-O010 559 Granite type Mayet-deMontagne Le Mayet de Montagne 19 Faisabililé dune exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Moniagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable prospections futures les faciès à grain fin (type aplilique), microgrenus ou aphanitiques et d'éviter les granites calco-alcalins propices à l'altération. Phase 2 (1987-1988) : après analyse morpho-slructurale précisée par de la prospeclion géophysique (VLF et traînés électriques) ainsi qu'une campagne de mesures de radon, cinq sondages (MB-4 à MB-8) ont été implantés. Les débits au soufflage de deux forages (MB-4 et MB-7) sont plus élevés (respectivement 6 et 15 m3/h)que lors de la phase 1 tandis que les trois autres s'avèrent peu productifs. Ainsi, le débit obtenu dans MB-8, implanté grâce aux investigations complémentaires (géophysique el radon) à proximité du sondage MB-1 peu productif, n'est pas significativernent plus élevé que celui de MB-1. Phase 3 (1989) : trois sondages (MB-9 à MB -II) on1 été implantés sur la base d'analyse morpho-structurale et de prospection de radon. Alors que le sondage MB-9, dans les siltites du Sédimentaire ancien, a donné 7,2 m3/h, les sondages MB-10 et MBI I , dans les granites de type Bois-Noirs, ont été peu productifs. Tableau 2 :Caractéristiques des sondages Selon les conclusions de l'étude, d'un point de vue lithologique. il apparaît que le granile acide à gros grain et plagioclases calco-alcalin, extrêrnemenl altérés ne se prête pas à l'obtention de gros débils du fait de l'oblitération (colmatage) de la fissuration. A la Guillermie (MB-7), à fracturation égale et processus d'invesligation équivalents, l'expérience s'est révélée plus positive parce que la nature du granite est différente : il s'agit d'un granite très dur, plus sombre à grain moyen et plagioclases moins acides, comporlant un fort pourcentage de minéraux lerro-magnésiens (biotite et amphibole). D'un point de vue minéralogique, le granite porphyroide à biotite et amphibole (type Mayet-de-Montagne) semble donc plus propice au développement 20 BRGM/RP-5312Z.FR Faisabililé d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirnentaiion en eau potable d'un horizon fissuré-altéré que le granite de type Bois Noirs, à gros grain, riche en quartz et pauvre en biotite, à tendance alcaline. Le granile de type Mayet-de-Montagne est présent dans les communes de La Guillermie, Lavoine. Mayet-de-Montagne, SaintEtienne-de-Vicq, Saint-Christophe, Le Breuil et Arfeuilles (Annexe 1). 3.2. CRITIQUE ET PERSPECTIVES Dans tous les cas, les prospections géophysique et radon ont servi à préciser très localement (à l'échelle métrique) I'implantalion du sondage sur un site préalablement retenu pour ses caractéristiques géomorphologiques. Celle approche a été conditionnée par la conception que l'eau souterraine en milieu cristallin était localisée uniquement au sein de fractures d'origine tectonique qui se manifestaient dans le paysage par la présence de linéaments (5 2.2.1). Ceux-ci correspondent souvent à des poinls bas où les altérites et i'horizon fissuré-altéré ont très probablement été supprimés par l'érosion. Comme il est menlionné ci-dessus (§ 2.2.3), ce sont justement ces deux horizons qui jouent un rôle importanl dans le cadre des ressources en eau. II est donc possible qu'en visanl les linéaments et en se plaçant syslématiquement sur des points bas (les 11 sondages MB-1 à MB-11 son1 situés dans des vallées relativement incisées). les prospections précédentes aient abouti à sélectionner des poinls où seule une éventuelle fracture tectonique, spatialemenl limitée el éventuellement colmatée, pourrait assurer la lransmissivité et la réserve de l'aquifère. Néanmoins, dans ce contexle, la mise en œuvre de méthodes géophysiques et de radon, sans supprimer l'occurrence de forages très peu produclils. augmente la qualité des résultals (voir débits moyens par campagne, Tableau 2). Une alternative à cette approche serait de viser des zones où la couverture d'altération n'a pas été érodée. A ce sujet, il est intéressant de constaler que les accroiççemenl significalils de débit au soufflage dans le sondage MB-7 (le plus productif) se sont produits dans sa partie superficielle, entre O et 25 mètres de profondeur (Figure 5). MB-7 s'étant révélé le plus productif dans sa partie supérieure, il est possible que les venues d'eau peu profondes soient associées à de la couverture fissurée-altérée non érodée. Un exemple type de cette problématique d'érosion des couches superficielles d'altération à potentiel aquifère est constitué, au sud de la zone de prospection, par les Bois-Noirs qui ont fait l'objet d'un rapport hydrologique pour le CEA sur le site minier de Saint-Priest-La-Prugne. Dans celte région d'altitude, à précipitations moyennes élevées (1200 mmlan) dont la moitié environ (pluie efficace) es1 disponible pour le ruissellement et l'infiltration, le régime d'écoulement en surface indique des écoulements souterrains importants dans des réservoirs de bonne capacité (BRGM, 1980). Une campagne de prospection géophysique réalisée en novembre 1979 a montré que près de la mine à ciel ouvert, le rocher sain élait situé SOUS 10 à 20 m de roche allérée. En outre, les sources sont très nombreuses et pérennes. Malgré ces indices prometteurs d'une couverture d'altération (altérites e l zone fissurée-altérée) conslituant un bon réservoir à l'échelle du bassin versant, les sondages MB-10 e l MBII,réalisés en fonds de vallée plus au nord dans le granite alcalin de type Bois-Noirs, on1 été peu productifs. Situés à proximité des Bois Noirs dans la commune de La Guillermie, les sondages MB-2 et MB-7 ont quanl à eux donné des résultats contrastés : le premier étant peu 21 Faisabilité d’une exploilaiion des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I’alimentation en eau potable productif alors que le second, dans un laciès à biolite abondante, semble bien productif (15 m3/h au soufflage). II semble d’ailleurs opportun de vérifier le potentiel à long terme du sondage MB-7 au moyen d’un essai de pompage longue durée. &‘épaisseur 0,2 0,4 0,6 (rn3hlrn) 0,8 1 1. 20 X -O-r --- X 40 E X 51 ‘c a a> 60 v E O X x Autres sondages X 1O0 l 120 X 1 l Figure 6 :évolution de Ibccroissement de débit au souMage par mètre d’8paisseur de tronçon en fonction de la profondeur Sur base de ces constatations, il semble intéressant de mettre en œuvre, dans la région de la Montagne Bourbonnaise, une prospection adaptée au concept d’aquifère N continu stratiforme rn lié à l’altération pour vérifieir que des zones favorables sont effectivement présentes dans les régions où le socle affleure. En complément, des sondages référencés dans la BSS (Banque du Sous-Sol) réalisés dans la commune de Saint-Prix indiquent la présence d’un profil d‘altération (arènes, zone fracturée) SOUS les dépôts du Tertiaire qui affleurent dans une partie des communes de la cc zone basse ». Sous réserve de caractéristiques hydrogéologiques salisfaisantes. le socle peut donc être potentiellement exploité dans ces régions où il a pu conserver toul ou partie de son profil d’altération, notamment dans les secteurs où les forages sont artésiens. 22 BRGMIRP-53122-FR Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau proionde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaise pour I'alimeniaiion en eau potable 3.3. PROSPEûTION DES AQUIFÈRES DE SOCLE Les travaux d'analyse statistique des résultats de forages, menés aussi bien à I'élranger qu'en France monlrent leurs relations avec la lithologie (tant en terme de débit moyen que de taux de succès des campagnes de forage) et permettent ainsi une approche cartographique prévisionnelle du taux de réussile des campagnes de forage, sur la base de la cartographie géologique. Cette relation enlre lithologie et propriétés hydrodynamiques est très vraisemblablement liée, par ordre d'importance décroissante : (1) à la plus ou moins grande aptitude (minéralogique) au développement de l'horizon fissuré-altéré cilé plus haut et à la plus ou moins bonne préservation, à I'éahelle régionale, de ces horizons superficiels des roches de socle, et (2) à la propension relative des différents types de roche au développement de la fracturation teclonique (compélence). C'est ce qui semble être le cas dans la Montagne Bourbonnaise lorsque l'on compare les granites de type Mayet-de-Montagne avec ceux des Bois-Noirs. Par ailleurs, la valorisation du modèle conceptuel présenlé plus haut permet également une caractérisalion déterministe des potenlialités de ces aquifères à petite échelle (Lachassagne, Wyns et al. 2001), sur la base d'une méthodologie destinée à cartographier la géométrie des altérites et de la zone fissurée-allérée (puissance, extension) (Wyns 1991; Wyns, Gourry et al. 1999). Cette méthodologie s'appuie sur une approche géologique, géomorphologique el, le cas échéant, géophysique (Lachassagne, Wyns el al. 2001) el repose sur l'identification de la géométrie des profils d'altéralion ainsi que des effets de l'érosion postérieure à leur développement. Elle permet de couvrir de manière économique des zones de plusieurs centaines à plusieurs milliers de km'. Elle a déjà été appliquée pour des objectifs AEP ou autres dans le massif Central (Lozère: Lachassagne et al. 2000; Wyns 1998 ; Combrailles BRGM e l LRPC, 2003 ), en Bretagne (Wyns el al. 2002), Corée, Inde...La cartographie des potentialités en eau souterraine peut ensuite être développée sur cetle base, par analyse multicritéres par exemple (lithologie du substratum, géométrie des altérites et de l'horizon fissuré-altéré, profondeur du niveau piézométrique. morphologie, fracturation, zones de besoins en eau, etc.). Au sein des zones favorables ainsi définies, les cibles hydrogéologiques classiques (Iractures tectoniques) peuvent ensuite être recherchées pour y implanter des forages d'exploitation des eaux souterraines à (( gros )) débit. La configuration théorique optimale est constituée par la présence d'un couloir de fracturation teclonique. dans un secteur où les horizons d'altéralion sont le plus épais possibles, situés en zone saturée, el d'une extension latérale importante. Dans la région de la Monlagne Bourbonnaise, selon les données de la BSS. certains sondages indiquent la présence de granite fracturé sur des épaisseurs conséquentes dans la région, signe de la présence probable d'un horizon fissuré-alléré bien développé. Si aucune donnée de niveau d'eau soulerraine n'est disponible dans le contexte crislallin, ce qui ne permet pas de déterminer l'état exact de saturation du réservoir, i'expéribnce montre que les niveaux piézométriques sont toujours trés proches de la surface du sol dans un tel contexte, comme en attestent les nombreuses sources el le chevelu hydrographique dense. 23 Faisabilitéd'une exploitation des ressources en eau profonde du socle graniüque de la Montagne bourbonnaise pour I'alimentalionen eau potable Les méthodes utilisées pour localiser et Caractériser ces couloirs tectoniques, à l'échelle du terrain cette fois-ci (une fois des secteurs favorables de quelques km2 délimilés, voir ci-dessous), sont les mêmes que celles menées dan6 les campagnes précédentes, à savoir : - la prospection par photo aérienne : relevé des linéaments par inlerprétation de photos aériennes. Ce travail pourra s'inspirer des interprélalions effectuées par la COGEMA dans ses prospections uraniféres. Ainsi, certains secteurs ont fait l'objet de l'établissement de cartes de linéaments. II conviendra de privilégier les objets tectoniques dont I'orienlalion par rapport au champ de contrainte est favorable a leur ouverture. Ainsi les structures d'orientalion alpine seront privilégiées par rapport aux structures d'orientalion hercynienne. Au sein de ces structures alpines, les fractures en ouverture seront privilégiées ; - la prospection émanométrique radon (mesure des teneurs en radon au sein des gaz du sol), de manière systématique sur les secteurs retenus, d'une superficie de quelques kilomètres carrés, afin de localiser et de caractériser, de façon exhaustive, les anomalies radon, qui correspondent à des zones fracturée6 du substratum cristallin, qui se matérialisent par des zones préférentielles de dégazage de la croûte terreslre (Lachassagne and Pinault 2001). Une altention particulière devra être portée aux artéfacts potenliels : minéralisations uranilères par exemple ; - les rnélhodes géophysiques : méthodes électriques ou électromagnétiques principalement : sondages électriques, Iraînés ou panneaux électriques, VLF, MTA afin de localiser avec précision (à quelques mètres prés). au sein des secteurs fracturés identifiés par méthode radon, les structures conductrices qui matérialisent les failles. Ces travaux d'implantalion qui requièrent une bonne précision sont falcililés par l'emploi de méthodes modernes de positionnement géographique (GPS en particulier). Par ailleurs. la méthode géophysique RMP a montré tout son inlérêl en contexte de socle pour caractériser la puissance ainsi que les propriétés de porosité efficace, donc la capacité de stockage des différents horizons conslitutifs de la frange altérée des roches de socle (altérites et horizon lissuré-altéré) (Legchenko and Shusharov 1998; Wyns, Ballassat et al. 2004). En résumé, la prospection peut être divisée en quatre phases principales: 1. cartographie géologique : identificalion développement d'un horizon fissuré-altéré; des lithologies favorables au 2. approches géologiques, géomorphologiqueç et éventuellemenl géophysiques : cartographie de la géométrie des altérites et de l'horizon fisssuré-alléré. Identification des secteurs où ces horizons d'altération sont conservés ; 3. analyse multi-critères incluant la profondeur de la nappe ainsi que les paramètres socio-économiques : idenlificalion de zones favorables, chacune de plusieurs km2 de surface 24 Faisabilité dune exploilation des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Moniagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable 4. prospections Bmanométriques : identificalion d'anomalies de taille décamétrique à hectomélrique et prospections géophysiques : identification précise de cibles (précision métrique) dans des fractures tecloniques Dans tous les cas, il convient de prendre en compte que le socle est un milieu certes aquifère mais dont le potenliel est moins important que les aquifères sédimentaires ou alluviaux. Par ailleurs, c'est un milieu discontinu dans lequel, malgré les progrès des connaissances, la probabilité de forages très peu produclils (< 2 m3/h) ne pourra a priori pas être annulée. A tilre d'exemple, à la suite d'une lelle campagne de forages réalisée récemment en Lozère (Lachassagne et al. 2001a). les résullals alteinls ont été : sur six forages exploraloires, un a donné un débil exploilable de l'ordre de 70 m3/j,trois un débit exploilable supérieur à 100 m3/j el deux étaient secs. En tout état de cause, en lenant compte d'un taux d'échec de l'ordre de 30%, il convienl de prévoir plusieurs forages par site prospecté. Les phases suivantes d'un le1 projet ne doivenl pas être négligées : 5. réalisation de forages de reconnaissance transformables en forages d'exploitalion, y compris mesures à l'avancement (VAV, log géologique, débits au soufflage, etc.) 6. pompages d'essais : essais de puits, essais de nappe (longue durée), le ratio débit en soufflage /débit exploitable étant souvent de 2 à 1 7. prélèvements pour analyses de qualité 8. procédures réglemenlaires 25 Faisabiliié d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaiçe pour l'alimentation en eau potable 4. Qualité de l'eau 4.1. GÉNÉRA~ITÉS Les eaux souterraines des aquifères de socle présentenl en règle générale, en France, une minéralisation faible, voire très faible, à modérée et des pH acides, souvent inférieurs aux norrpes de potabilité (65). Ces acidité e l faible minéralisalion sont liées aux faibles interaqtions eau-roche associées à la minéralogie dominanie au sein des aquifères de socle (silicates) mais aussi, dans certains cas, à des processus liés à la présence de mati6re organique en subsurface (tourbières en particulier). Les eaux les plus superficielles sont en règle générale les plus acides et les plus faiblement minéralisées. En forage, des inUices d'interactions eau-roche plus marqués sont fréquemment mis en évidence, les &aux captées présentant souvent les caradéristiques d'un mélange (en proportions variables selon les sites, les horizons captés par le puits, la durée et l'intensité du pompage préalable au prélèvement, etc.) enlre : - un pôle (( profond )) significativement marqué par ces interactions (minéralisation en bicarbonates, calcium, silice, potassium ; pH neutre voire légèrement basique, etc.), qui témoignent de temps de séjour relativement longs et, - un pôle superficiel ne montrant que de très laibles indices d'interactions eau-roche. Les eaux de la région de la Montagne Bourbonnaise, comme la plupart des eaux d'Auvergne, sont Ues eaux bicarbonatées sodiques, c'est-à-dire que l'anion H C 0 3 et le cation Na' sont dominants, ou chlorobicarbonalées lorsque l'anion CI- est plus abondanl que l'anion HC03.. Ces pH acides et la géochimie de la roche mère, souvent enrichie en sulfures minéralisés, conduisent assez fréquemment à observer des teneurs excessives en métaux lourds (ArGenic, Barium. Zinc, Antimoine, etc.) au sein des eaux soulerraines, teneurs qui peuvent dépasser les normes-guides dans les eaux destinées à la consommation humaine, qui on1 en outre récemment évolué à la baisse dans le cadre de la transposition des directives européennes. A cet effet, et en vue d'un appui au contrôle sanitaire, des études on1 élé menées, à la demande du Ministère de la Santé, sur le thème des liens existant entre le conlenu en métaux des eaux souterraines dislribuées pour I'Alimentalion en Eau Potable, l'environnement géologique naturel et sa richesse en métaux lourds (Barbier and Chéry 1995; Barbier and Chéry 1997; Chéry 1998). Les résultats obtenus montrent que certaines données géochimiques recueillies dans le cadre de l'inventaire minier national, qui couvre une grande partie du territoire, et tout particulièrement les zones de socle, peuvent se révéler très utiles pour définir les zones à risque pour des concentrations en métaux lourds dans les eaux nalurelles. En effet, les régions d'anomalies en sols correspondenl assez bien aux zones où se rencontrent des eaux à concentrations excédant les normes ou les valeurs-guides pour des éléments tels que le zinc, le baryum, l'arsenic et l'antimoine. A titre indicatif, des seuils guides ont $té proposés pour les différents métaux. Ces valeurs ne sauraient en 27 Faisabilité d'une exploitaliondes ressources en eau proionde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirneniation en eau potable aucun cas se substituer à des normes, mais peuvent constituer des seuils d'alerte intéressants. II a été mis en évidence (Barbier el al, 2003) que les captages de la région de la Montagne Bourbonnaise (ouvrages captants des aquifères peu profonds) présentent un risque potenliel de contenir de l'arsenic en solulion, compris entre 25 el 50 %. La région de la Montagne Bourbonnaise est connue pour ses gisemenis uranifères (Limouzai) et cupro-stannifères (Charrier) ainsi que pour ses minéralisations très variées. Celles-ci accompagnenl souvent l'uranium, le cuivre, l'étain dans leurs dépôts, mais peuvent former de véritables indices. On citera principalement 'l'uranium dans le secteur des Bois-Noirs, du Limouzat (associé au granile des Bois-Noibs). sur la faille de Forez, ainsi que les indices cartographiés par le CEA selon des oriehtations ouest-est dans des zones mylonitisées. Le cuivre et l'étain principalement dans la zone de Charrier. Le baryum est également présent, ainsi que le fluor sous f o h e de fluorite. Le plomb, le fer et l'arsenic sont également présents, notamment dans les mines de Charrier et du Limouzat. On citera également le Bassin de la Chapelle, riche en chrome et Nickel. Dès lors, les eaux souterraines peuvenl se charger naturellement en ces nombreux métaux el montrer des teneurs supérieures aux norme6 admises. 4.2. 4.2.1. ANALYSES DISPONIBLES Zone u haute )> Les eaux prélevées en profondeur dans les onze [orages de reconnaissance réalisés duranl la période 1986/1989 dans les communes de La Guillermid, St-Clément, La chapelle, La Chabanne. Arronnes et Nizerolles, proches de la région (( haute )) définie par la DDAFF ont fait l'objet d'analyses de type I pour la plupart. Elles sont de lype bicarbonaté-sodique et bicarbonaté-calcique, généralement peu miniéralisées et à pH élevé (6,7 à 8,5). Les éléments chimiques posant problème sont résumés dans le Tableau 3. Tableau 3 : Synthèse des éléments chimiques en excès par rapport aux normes de qualité, dans les forages de la campagne 198611988 (-20 :inférieur à 20,N :norme de qualité). 28 Faisabilité d'une exploitalion des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaise pour I'alimeniaiion en eau potable On constate que des problèmes d'excès de Fer et Manganèse sont quasisyslématiquement observés. Sur le peu d'analyses d'aluminium, un excès est également observé dans la région de Çt-Clément (forage MB-1). Nous ne disposon$ de mesures de baryum, antimoine, zinc et arsenic que sur les deux premiers forages : - baryum : aucun problème détecté - antimoine : alors que la nouvelle limite a été fixée à 5 pgll. la limite de détection (20 pg/l) des mesures effectuées à l'époque ne permet pas de se prononcer avec certitude - zinc : aucun probllème détecté - arsenic : les deux analyses sont supérieures à la nouvelle norme de 10 pg/L 4.2.2. Zone a basse n L'étude d'impact de la concession du Champ Grenier à l'ouest de la commune de Lapalisse, pour la Cogema. donne des informations sur la qualité des eaux de mélanges entre les eaux issues du socle et les eaux issues des formations lerliaires qui les recouvrent dans les zones d'artésianisme (Tableau 4). Tableau 4: Synthèse des éléments chimiques en excès par rapport aux normes de qualité, dans les forages du Charhp Grenier (-20 : inférieur à 20, N :norme de qualité) Les problèmes de Fer et Manganèse, bien que présents, sont ici moins importants. L'aluminium et le fluor excèdenl quelque fois la norme autorisée. Le fer et le manganèse sont en général traités soit par dilution, soit au moyen de méthodes de traitement relativement simples (strippage à l'air, oxydation puis filtration, etc.). Ces procédés éliminenl en général aussi les autres métaux (As, Ba, Al). 29 Faisabilitéd'une exploitation des ressources en eau prolonde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau polable Des procédés plus spécifiques permettent d'abaisser les teneurs en arsenic : filiralion par des sables manganifères, par des hydroxydes de fer, floculation avec des sels d'aluminium et filtration etc _ . _ 4.3. SYNTHÈSE On constate sur les eaux analysées dans la région de la Montagne Bourbonnaise des problèmes de qualité assez prévisibles, concernant le fer, le mang$nèse, l'arsenic et dans une moindre mesure le fluor e l l'aluminium. En tout état de cause, il semble que ces eaux peuvent être potabilisdes au moyen d'un traitement adéquat. Lors des futures prospections hydrogéologiqyes, il conviendra d'intégrer, dans le cadre du choix des sites favorables pour les prospections de terrain, une méthodologie permettant d'apprécier prévisionnellemenl la qualité des eaux souterraines (5 4.1) de s'éloigner des indices de minéralisation calrtographiés par la COGEMA de façon à éviter les eaux chargées en métaux. 30 Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour I'alirnenialion en eau potable - 5. Conclusions recommandations Sous réserve de la prise en comple des incidences possibles de nouveaux caplages sur l'exploitation qctuelle (débit de l'Allier en étiage en particulier), des interférences entre ouvrages et des remonlées d'eau minérale, la nappe alluviale de l'Allier peut constituer éventuellement une alternative pour la commune d'Abrest, voire de Le Vernet. Pour les communas de Saint-Etienne de Vicq, Saint-Chrislophe, Isserpent el Le Breuil, dans l'état actuel des connaissances, il apparaît hasardeux de prospecter les dépôts lertiaires des Limqgnes dans lesquels les sables du Bourbonnais semblent limités par la présence d'argliles. La problématique de la géologie e l de l'hydrogéologie des Limagnes requiérerail un projet de recherche d'ampleur à l'échelle de l'ensemble du Massif Central. Urle allernalive consisterait à vérifier la faisabililé d'exploiter les eaux de la zone d'artésianisme, issues d'un mélange entre les eaux des sables et du socle sous-jacent. Dans ce but, il conviendrait d'évaluer la ressource disponible en laisanl, dans un premier temps, I'invenlaire des puits artésiens en y procédant à des pompages d'essai et d'en analyser la qualilé des eaux puis, le cas échéant et dans un deuxième lemps, en mettant en œuvre des prospections hydrogéologiques dans ce secteur. Dans la plupart des communes. le socle granitique constitue une cible inléressante pour la prospection d'eau soulerraine. Une première alternalive pourrait consister à vérifier la faisabilité (quantité, qualité) d'exploiler des forages existanls. Les deux anciens forages profonds (environ 800 mètres) du projel ENERGEROC, situés sur la comimune du Mayet-de-Monlagne ont fait l'objet de stimulations pour augmenter leur perméabilité. D'après Cornet (communication personnelle), des essais de circulation ont monlré qu'un débit de 25 m3/h pouvait circuler en routine entre les deux forages avec une récupération de 90%. Ceci semble indiquer une bonne perméabilité du site. II est préconisé de réaliser sur ce siie - des analyses chimiques de façon à déterminer la qualité de l'eau - un essai de pompage de longue durée de façon à déterminer le potentiel de l'aquifère. La présence d'autres forages moins profonds dans un périmètre proche permet d'envisager la possibilité, en cas de succès, de réaliser de la gestion active des eaux souterraines sur le site, avec par exemple une exploitation des eaux profondes duranl la période de bas$es eaux (élé) et des eaux moins profondes durant les hautes eaux BRGM/RP-5312Z.FR 31 Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau pmlonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable (hiver) ou la réalisation de mélanges selon la qualité respeclive de$ eaux de chacun des forages. Parmi les forages de la campagne BRGM, il est également proposé de vérifier le polenliel du forage MB-7 situé à La Guillermie au moyen d'un pompage de longue durée. La mise en œuvre d'une campagne de prospection à l'échelle régibnale incluant les étapes décrites au 5 3.3 constitue une seconde alternative de raçdn à localiser des sites potentiels pour de nouveaux sondages exploratoires. 32 Faisabilité d'uhe exploilalion des ressources en eau profonde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable Bibliographie Acworth, R. 1. (1987). "The development of crystalline basement aquifers in a tropical environment." Q J Eng Geol 20: 265-272. Barbier, J. and L. Chéry (1995). Valorisation des données de l'inventaire géochimique pour I'identificatioq des risques de leneurs élevées en métaux lourds dans les eaux. Vol. 1 : Etude de faisabilité. Vol. 2. : Inventaire géochimique du territoire français, commentaires et ekplications pour une meilleure exploitation des données, BRGM. Barbier, J. and L. Chéry (1997). 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K rf Lachassagne P., Greenberg S., lzac J.L., Machard de Gramonl H., yns R. (2000).a Ressources en eau Margeride Ouest N Hydrogéologie des aqui 'res discontinus. Synthèse des résultats de la deuxième phase du projet Emdnométrie radon, Prospection géophysique. Sélection de sites de forages expérimen(aux.- Agence de l'Eau Adour Garonne, Conseil Général de la Lozère, Ministère de I'Economie. des Finances e l de l'Industrie.- Rappori BRGM R 50630.- 75 p., 33 fig., 12 ann., Lachassagne, P. and J.-L. Pinault (2001). "Radon-222 emanoqetry: a relevant methodology for water well siting in hard rock aquifer." Water Resburces Research 37(12): 3131-3148. Lachassagne P., lzac JL., Ladouche B., Petit V., Weng P. (2001a).- (( Ressources en eau Margeride Ouest ». Forages de reconnaissance et pompages d'essai au sein du granite de la Margeride. 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BRGMIRP-53122-FR 35 Faisabiite d'une exploilaiion des ressources en eau profonde dJ socle granitique de ,a Montagne OoJrbonna se pour l'alimentation en eaL poiabie Annexe 1: principales lithologies composant le substratum des communes (d'après les cartes géologiques) Sommune La Guillermie Lithologie Sdhistes du Famennien Granile porphyroide à biotite et amphibole (type Mayel de Mpntagne) Bibcailies sur microgranites et fapiès recristallisés indifférenciés Granile porphyroide à biotite et amphibole (type Mayet de Lavoine Stratigraphie Primaire Primaire 15% 50% Primaire 30% Primaire 35% 30% fapies recristallisés indifférenciés Blocailles sur granite, gros grain, Primaire ridhe en quartz et pauvre en biolile, lendance alcaline (tvDe Bois Noirs, fapiès grenus) Sbhisles du Famennien avec divers Primaire rqcouvremenls Fdciès d'altération de granite, gros Primaire gttain, riche en quartz el pauvre en bibtite, tendance alcaline (type Bois Nbirs, laciès grenus) Faciès d'allération de granites. Primaire fin miicroqranites. graniles à grain (fgcièS recristaiiiçés) Faciès d'altération de schistes el Primaire (Viséen) 1 gcès I 1 Faciès d'alléralion de microgranite 1 Primaire porphyrique en nappe jfaciès 1 1 Laprugne Abrest Le Vernet Mayet Montagne 1 1 1 1 1 1 1 Fbrmalions alluviales 1 Qualernaire et calcaires, marnes et Tertiaire (Oligocène attgiies sup.) Pbudingues, siltiles, grès Primaire (Viséen) Marnes et calcaires, marnes et Tertiaire (Oligocène aqgiles sup.) Chicaire concrélionnés, Tertiaire (Oligocène cglcarénites, marnes (g3C1) sup.) Atkoses, argiles, marnes Tertiaire (Stampien) de FBciès d'altération de granites, Primaire niicrogranites. granites à grain fin (faciès recristallisés) 1 Marnes 1 15% 15% 30% 20% 10% 30% 50 % 50% 35% 20% 20% 10% 10% 37 Faisabilité d'une exploitation des ressources en eau pmionde du socle granitique de la Montagne bourbonnaise pour l'alimentation en eau potable Faciès d'altération de granite, gros Primaire grain, riche en quartz et pauvre en biotite. lendance alcaline (twe Bois Noirs,.faciès grenus) 1 Faciès d'altération de aranite 1 Primaire porphyroide à biotite et amihibole (type Mayet de Montagne et de Busset, faciès grenus) Saint-Nicolas- Faciès d'altération de microaraniles Primaire " des-Biefs et faciès recrislallisés indifférenciés Faciès d'altération de granite, gros 1 Primaire grain, riche en quartz el pauvre en biotile, tendance alcaline (type Bois Noirs, faciès grenus) Divers Saint-Etienne- Sables el argiles du Bourbonnais : Tertiaire de-Vicq sables grossiers parfois argileux, à galets peu abondants Faciès d'altération de granites à Primaire arains moyens ou fins calco-alcalins biotite . 1 Faciès d'alléralion de aranite 1 Primaire porphyroide calco-alcalin à biotile et amDhibole (lvDe Mavet de Montagne et deBussel) Divers SaintFaciès d'altération de granile Primaire Chrislophe porphyroide calco-alcalin à biotile et amphibole (type Mayet de Montagne et de Busset) Sables et argiles du Bourbonnais : Tertiaire sables grossiers parfois argileux, à galets peu abondants Sables et argiles du Bourbonnais : Tertiaire sables argileux Isserpent Essentiellement Sables et argiles Tertiaire du Bourbonnais Le Breuil Monzogranite porphyroide à biolite Primaire 1 et amphibole, lype du Mayet 1 Monzoaranite clair à biotite de La 1 Primaire Madeline, calco-alcalin Arfeuilles 1 Monzogranite clair à biotite de La 1 Primaire 1 Madeleine, calco-alcalin 20% 1 1 170% 40% 1 1 ;1 1 130% 30% 30% 20% 1 125% ~ 1 25% 45% 35% 20% 1 , 1 Essentielle ment Dominant I 1 Dominant 1 et amphibole, type dÜ Mayet 38 BRGMIRP-53122-FR Faisabilil6 d'wne exploilation des ressources en eau profonde du socle graniiique de la Montagne bourbonnaise pour I'alimeniationen eau potable Annexe 2 : log géologique schématique du bassin d'lsserpent dans le FL3 (selon point BSS 06471X0005) Ensemble sablo argileux Carbonates Ensemble à dominanie sableuse Carbonates Alternances monotones de sables argileux el argiles sableuses avec inîercalaîiwts décimétriques à'm6lriques d'argiles franches 6renlte 39
