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SYNDICAT MIXTE D'HYDRAULIQUE AGRICOLE DU RHONE
S.M.H.A.R»
Modélisation hydrodynamique de la
Plaine des Chères
- Faisabilité de captages d'A.E. agricole -
R.30314.RHA.4S/89 DECEMBRE 1989
par A. BARAT
et JC. BLIGNY
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Service géologique régional Rhône-Alpes 29, boulevard du 11-Novembre 1918 - B.P. 6083 - 69604 VILLEURBANNE CEDEX
Tél.: 78.89.72.02
SYNDICAT MIXTE D
- Modélisation
- Faisab
R.30314.RHA.4S/89
HYDRAULIQUE AGRICOLE
hydrodynamique de la
L1ité de captages d'A
DU
PI
.E.
RHONE -
line des
agricol
S.N.H.A.
Chères -
t _
par A.
R.
BARAT et J .C. BLIGNY
RESUME
Le Syndicat Mixte d'Hydraulique Agricole du Rhône (S.H.H.A.R.) souhaite développer à moyen terme
sa capacité de production en eau agricole par la réalisation de captages en bordure de Saône dans la
3 Plaine des Chères. Le débit recherché est de 1500 m /h sur une période comprise entre le 15 juin et
le 15 septembre, soit 3 mois par an.
Pour répondre à ce besoin, le Syndicat a confié au B.R.G.M. l'étude de faisabilité de ces captages
sous la forme d'une modélisation hydrodynamique de la nappe alluviale susceptible de les alimenter.
Deux sites ont été étudiés :
- Chamalan,
- La Petite Bordiere.
* Le site de Chamalan s'est révélé, dès les premières simulations, insuffisant pour un pompage de
1500 m3/h.
* Le site de La Petite Bordiere est par contre favorable. 3
Au stade de la modélisation en régime permanent, le débit de 1500 m /h recherché est assuré.
La configuration optimum est constituée par 8 puits de pompage alignés en bordure de Saône (25 m ) ,
espacés de 50 m entre eux. 3
5 puits alignés le long de la Saône permettent eux aussi d'obtenir les 1500 m /h recherchés.
Ces dispositifs n'occasionnent pas de rabattements supplémentaires sur le champ captant
d'Ambérieux, situé à proximité (450 m ) .
Les simulations, reprises en régime transitoire, ont permis de montrer que la recharge
s'effectuait en moins d'un mois après l'arrêt des pompages, quel que soit l'état de la nappe (année
sèche, année normale).
Là encore, aucun rabattement significatif n'est constaté sur le champ captant d'Ambérieux.
L'alimentation de la nappe captée sur le site de La Petite Bordiere est assurée pour les 2/3 par
la Saône, et pour 1/3 par la drainance du Pliocène.
Si la part d'alimentation par la Saône paraît démontrée, étant donné la quasi-absence de colmatage
de la berge, il serait par contre intéressant de pousser plus avant les reconnaissances au Pliocène
sableux de manière à mieux connaître sa recharge à long terme.
Réalisation de l'étude A. BARAT et J.C. BLIGNY
Dessin J.F. RIEUX
Outre le résumé, le présent rapport contient : 20 pages de texte, 1 tableau, 15 figures, 2 annexes
- 1 -
SOMMAIRE
Pages
1 - INTRODUCTION 4
2 - LES DONNEES DU PROBLEME 5
3 - MISE EN OEUVRE DU MODELE EN PERMANENT 6
3.1 - Données de base 6
3.2 - Exploitation du pompage SRAE : modèle plan vertical... 9
3.3 - Calage du modèle en permanent 14
4 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME PERMANENT 14
4.1 - Site de Chamalan 14
4.2 - Site de la Petite Bordiere 15
4.3 - Optimisation du dispositif de pompage 18
4.4 - Connaissance du Pliocène 19
5 - MISE EN OEUVRE DU MODELE EN REGIME TRANSITOIRE 20
5.1 - Méthode de travail 20
5.2 - Données de base du modèle transitoire 20
6 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME TRANSITOIRE 22
7 - CONCLUSIONS 24
- 2 -
- LISTE DES FIGURES -
Figure
Figure
Figure
Figure
Figure
Figure
2
3
4
5
6
7a
Figure 1 : Situation de la zone d'étude au 1/5000 et des points d'observation
hydrogéologiques utilisés.
Emplacement des champs captants et des périmètres de protection.
Epaisseur des alluvions sur la Plaine des Chères.
Epaisseur du Pliocène sableux sur la Plaine des Chères.
Modèle plan horizontal : maillage et codification du maillage.
Modèle plan vertical : maillage et codification du maillage.
Piézométrie observée et calculée, hypothèse avec drainance du
Pliocène.
Figure 7b : Piézométrie observée et calculée, hypothèse sans drainance du
Pliocène.
Figure 8 : Pompage sur le site de Chamalan : rabattements calculés.
Figures 9 - 1 0 - 1 1 :
Pompage sur le site de La Petite Bordiere : rabattements calculés
pour différentes configurations.
Figure 12 : Niveaux moyens mensuels de la Saône et du coteau utilisés pour le
modèle transitoire.
Figure 13 : Pluies efficaces utilisées pour le modèle en transitoire.
- 3 -
TABLEAUX
- Tableau 1 : Résultats des dispositifs de pompage testés en permanent... p. 16
ANNEXES
- Annexe 1 : Cône de rabattement dans l'axe du modèle plan vertical (pompage
SRAE 1988).
- Annexe 2 : Prélèvements mensuels sur les champs d'Ambérieux et Quincieux.
- Annexe 3 : Pluies efficaces et niveaux de Saône utilisés.
- 4 -
1 - INTRODUCTION
Le Syndicat Mixte d'Hydraulique Agricole du Rhône (S.M.H.A.R.) souhaite
développer à moyen terme sa capacité de production en eau agricole par la
réalisation de captages en bordure de Saône dans la Plaine des Chères. Le débit 3 «
recherché est de 1500 m /h sur une période comprise entre le 15 juin et le 15 septembre, soit 3 mois par an.
Pour répondre à ce besoin, le Syndicat a confié au B.R.G.M. l'étude de fai
sabilité de ces captages sous la forme d'une modélisation hydrodynamique de la
nappe alluviale susceptible de les alimenter.
Cette modélisation devrait permettre de déterminer :
3 . la possibilité de pomper 1500 m /h au droit de la zone de captage (secteur
de berges situées dans le périmètre de protection éloigné des captages
AEP) ;
. l'implantation optimale des ouvrages et/ou des zones de captages, en nom
bre et répartition ;
. le mode de captage le mieux adapté aux caractéristiques hydrodynamiques de
l'aquifère ;
. l'influence des prélèvements sur l'ensemble de l'aquifère en général et
sur les ouvrages de captages AEP situés à proximité en particulier.
Le présent rapport rend compte des travaux réalisés et des résultats obte
nus .
- 5 -
2 - LES DONNEES DU PROBLEME
La Plaine des Chères telle que définie par le cadre de ce travail (figure 1)
est limitée :
- au Nord, par l'Azergues à Anse,
- à l'Est et au Sud, par la Saône,
- à l'Ouest, par les premiers reliefs (coteaux).
Elle est constituée par les alluvions récentes aquifères de la Saône. A
l'heure actuelle, deux champs captants fonctionnent sur la Plaine des Chères.
Ils sont situés à proximité d'Ambérieux d'Azergues (La Grande Bordiere) et de
Quincieux (Pré des Iles) et sont exploités aux fins d'AEP par le Syndicat Mixte
Saône-Turdine (figure 1). Autour de ces champs captants ont été définis des
périmètres de protection immédiats et rapprochés (figure 2).
En outre, existe entre ces deux champs captants une zone (La Sarrandière)
réservée par le Syndicat Mixte Saône-Turdine pour ses besoins à long terme.
Cette zone a fait elle-même l'objet d'une délimitation de périmètres de protec
tion.
Les connaissances acquises sur le secteur (champs captants existants) lais
saient à penser que pour les débits recherchés, les captages devaient être
situés en bordure de Saône de façon à bénéficier de la réalimentation induite
par la rivière. Dès lors, les secteurs disponibles pour les investigations
étaient limités à deux (figure 1) :
- La Petite Bordiere, situé en bordure de Saône, immédiatement au sud du
champ captant d'Ambérieux ;
- Chamalan, situé dans la boucle de la Saône, au nord-est de Quincieux.
Les pompages du nouveau champ captant ne devront pas perturber l'exploita
tion des champs existants.
Les simulations de pompage réalisées à l'issue de la modélisation hydrodyna
mique permettront de définir les conditions de faisabilité des nouveaux cap
tages.
- 6 -
3 - CALAGE DU MODELE EN PERMANENT
3.1 - Données de base
3.1.1 — Origine des données . . .
Les données de base utilisées et les hypothèses de modélisation retenues
sont pour l'essentiel celles réunies lors d'une première modélisation de la
Plaine des Chères par le B.R.G.M. en 1983 (rapport 83 SGN 702 RHA).
Toutefois, quelques forages ont été réalisés depuis 1983 (pour l'essentiel
sur les champs captants) et le SRAE a réalisé en 1988 pour le SMHAR, en préli
minaire à cette étude, un dispositif d'essai de pompage sur un des deux sites
pressentis (Petite Bordiere). Ce dispositif et les essais qui ont suivi avaient
pour but, outre de préciser les données géologiques et hydrogéologiques sur le
site, d'obtenir une meilleure connaissance du colmatage de la berge.
3.1.2 - Rappel de la géologie de la Plaine des Chères
- L'aquifère principal est constitué par les alluvions récentes sablo-grave-
leuses de la Saône. Leur épaisseur sur la zone d'étude, en moyenne de
10 m, est représentée sur la figure 3.
- En bordure de Saône, une couverture limoneuse s'étend sur les alluvions.
Dans ces secteurs, la nappe semble être semi-captive, alors qu'elle est
libre partout ailleurs.
- Les alluvions reposent directement sur le Pliocène, marneux sauf en deux
endroits :
. entre Anse et Ambérieux, perpendiculairement à la Saône, le Pliocène
est sablo-argileux sur des épaisseurs pouvant dépasser 20 m ;
- 7 -
. sur le Grand Veissieux, toujours perpendiculairement à la Saône, le
Pliocène est argilo-sableux sur une épaisseur de près de 6 m par
endroits.
L'épaisseur de ces deux formations sablo-argileuses du Pliocène est repré
sentée sur la figure 4.
3.1.3 - Données hydrodynamiques retenues pour la modélisation
* Perméabilités :
Sur la base de la synthèse bibliographique et de la modélisation hydrodyna
mique de 1983, les perméabilités utilisées pour simuler le comportement des
alluvions et du Pliocène sont les suivantes : _3
. K alluvions : 10 m/s -4
. K Pliocène : 10 m/s
* Substratum :
Le domaine a été simulé en monocouche avec drainance verticale du Pliocène
sablo-argileux dans les zones où il existe. Pour cela, ont été affichées sur
les mailles à Pliocène sableux :
. une cote piézométrique du Pliocène en charge, prise comme étant la
cote piézométrique de la nappe des alluvions : ceci correspond à une
hypothèse pessimiste mais allant de ce fait dans le sens de la sécu
rité ;
. une transmissivité du Pliocène ;
. une transmissivité verticale de drainance, 10 fois plus faible que la
transmissivité horizontale (anisotropie 10).
- 8 -
* Limites latérales :
La Saône constitue la limite Est et Sud du domaine à modéliser. Sur les
mailles représentant la Saône, sont affichées :
. une cote de la rivière, potentiel constant ;
. une transmissivité des alluvions situées sous et autour de la Saône ;
. une transmissivité verticale représentative du colmatage des berges
(un colmatage nul équivaut à une transmissivité verticale équivalente
à la transmissivité des alluvions, à 1'anisotropic près).
L'Azergues, qui constitue la limite nord du modèle, est simulée de la même
manière.
Le domaine est fermé à l'Ouest par la ligne piézométrique 170 m NGF, consi
dérée comme un potentiel imposé et simulant l'apport par les coteaux.
* Etat piézométrique de référence :
La piézométrie de référence utilisée pour le calage en permanent est celle
des basses eaux 1983 (pour la Saône comme pour l'Azergues). Pour des raisons
d'homogénéité, les données de débits et emplacements des captages d'Ambé-
rieux et Quincieux sont également ceux de 1983.
* Maillage du modèle :
La maille de base a une dimension de 200 m x 200 m. Les zones de captage
font l'objet d'un redécoupage à la maille 100 m x 100 m pour le calage, puis
25 m x 25 m pour la simulation "Petite Bordiere", et 50 m x 50 m pour la
simulation "Chamalan".
Le maillage, ainsi qu'une codification des différents types de mailles, est
reporté en figure 5.
- 9 -
3.1.4 - Hypothèses d'alimentation du modèle 1983
Le schéma retenu, en ce qui concerne l'alimentation des champs captants à
l'issue de la modélisation 1983, était le suivant :
. Ambérieux : 33 % Pliocène, 33 % alluvions, 33 % Saône ;
. Quincieux : 40 % Saône, 60 % alluvions.
3.2 - Exploitation du pompage SRAE : modèle plan vertical
Un modèle plan vertical a été mis en oeuvre de manière à exploiter le pom
page réalisé par le SRAE sur le site de Petite Bordiere en bordure de Saône.
Un des objectifs était de quantifier le colmatage de la berge au droit du
site.
3.2.1 - Schéma de modélisation retenu
A partir de la géologie mise en évidence sur les piézomètres du dispositif
SRAE (voir rapport SRAE), le modèle plan vertical a été monté comme suit (mail-
lage et codification des mailles en figure 6) :
. mailles de 2 m x 2 m ;
. en surface, mailles étanches ;
. de 0 à 4 m de profondeur, limons de surface,
K = 2,5 x 10 - 5 m/s ;
. de 4 à 6 m de profondeur, sables fins (non présents près de la Saône), -4
K = 5 x 10 m/s ;
. de 6 à 16 ou 18 m de profondeur, alluvions sablo-graveleuses stricto
sensu, -3
K = 5 x 10 m/s ;
de 16 ou 18 m à indéterminé, Pliocène, _3
K = 2,5 x 10 m/s (20 m de Pliocène)
- 10 -
* Pliocène :
Le potentiel du Pliocène a été affiché à la cote 166,4 m NGF. Il s'agit de
la cote correspondant au niveau de la nappe libre en basses eaux.
En effet, en l'absence d'informations complémentaires sur la vitesse de
recharge du Pliocène, on admet que la crue de la Saône observée lors du pom
page (167,6 m NGF) se répercute rapidement sur la nappe libre, mais n'a pas
eu le temps d'occasionner une recharge efficace du Pliocène.
. Limite Ouest du modèle : ligne piézométrique 167,7 m NGF à potentiel
imposé.
. Limite Est du modèle : Saône à potentiel imposé 167,6 m NGF.
. Mailles entourant la Saône, à perméabilité contrôlée par le colmatage de
la berge.
Les différents piézomètres foncés par le SRAE ont atteint le Pliocène entre
16 et 18 m de profondeur. Tous ces sondages ont traversé en fin de foration
0,50 m d'argile attribuée à cette formation.
Si l'on se reporte aux données disponibles sur la zone (rapport de 1983), le
Pliocène devrait être à cet endroit sablo-argileux sur une épaisseur avoi-
sinant 20 m. A l'appui de ces observations, on note que le forage réalisé en
1986 sur le champ captant d'Ambérieux, à proximité, a recoupé plus de 20 m
de Pliocène sableux, et que le débit obtenu dans cette formation est de 180
m /h.
Nous avons donc pris le parti de simuler cette formation comme aquifère et
drainant les alluvions sus-jacentes comme dans le modèle plan horizontal.
Les terrains argileux rencontrés pourraient correspondre à une interface
argileuse de faible épaisseur (voir rapport 1983).
* Conditions de pompage
A partir des paramètres de départ, le calage a été réalisé sur la base du
pompage SRAE et de la piézométrie observée alors.
- 11 -
Les conditions de ce pompage étaient les suivantes :
. Pompage de 72 h à rabattement apparemment stabilisé. 3
. Débit de pompage : 300 m /h, sur un puits de 1 m de diamètre.
. Cône de rabattement perpendiculaire à l'axe de la rivière à l'aide de
5 piézomètres, du puits de pompage et de la Saône (voir annexe 1).
. Rabattement au puits de pompage : cote 163,84 m NGF.
. Pertes de charge au puits estimées à 1,5 m, soit une cote au puits de
165,34 m NGF à simuler.
. Saône en crue (cote 167,7 m moyenne) durant les essais.
. Dénivelée Saône/nappe = 40 cm, lié au colmatage de la berge.
3.2.2 - Calage du modèle plan vertical
* Hypothèse 1 : drainance du Plicoène
Une simulation en permanent à partir des valeurs de paramètres énoncées
ci-dessus permet d'obtenir une piézométrie calculée assez proche de la
piézométrie observée (figure 7.a). En particulier, la forme du cône de
rabattement, très étroite, est bien reconstituée (à la perte de charge au
forage près ).
Ces rabattements ont été obtenus pour des valeurs fortes de perméabilité du
Pliocène. 3
Les 300 m /h pompés proviennent :
. à 62,4 % du Pliocène,
. à 18,7 % de la Saône,
. à 13,7 % du "coteau" (nappe amont).
On aboutit à un résultat assez surprenant, à savoir une alimentation aux 2/3
en provenance du Pliocène, à corréler avec la forte valeur de perméabilité
que nous avons été obligés d'afficher pour cette formation. Si l'on revient
à la forme du cône observé, on s'aperçoit qu'effectivement le gradient
hydraulique de la nappe à son raccordement avec la Saône(°) (et les coteaux
aussi) est très faible, ce qui confirme une faible alimentation par les
bordures.
(°) colmatage nul.
- 12 -
* Hypothèse 2 : pas de drainance du Pliocène
Dans cette configuration, le calage réalisé, qui permet de recréer une cote
d'eau au puits de pompage, est obtenu pour une perméabilité des alluvions -3
égale à 5 x 10 m/s et un colmatage nul.
L'alimentation du captage se répartit alors de la manière suivante :
. 61 % en provenance de la Saône,
. 39 % en provenance du coteau.
Par contre, la forme du cône de rabattement calculé est totalement diffé-v rente de celle observée (figure 7.b).
L'alimentation importante par les bordures se traduit par un gradient
hydraulique important de la nappe.
* Hypothèse 3 : drainance des limons de surface
Une autre hypothèse pour expliquer la forme du cône de rabattement observé
est que les limons de surface soutiennent le niveau de la nappe (effet de
capacité) ; le niveau, après 72 heures de pompage, ne serait pas stabilisé.
Pour étudier cette hypothèse, nous avons été amenés à réaliser une simula
tion en transitoire au pas de temps journalier. Elle a montré que les rabat
tements occasionnés étaient stabilisés dès 48 heures de pompage (rabatte
ments identiques à ceux de la figure 7.b) pour un coefficient d'emmagasine-
ment de 10 %, conforme à celui calculé lors des essais de pompage.
On ne peut donc imputer la forme particulière du cône à une drainance des
limons de surface.
* Colmatage de la berge :
L'idée initiale était de quantifier le colmatage de la berge à partir de la
- 13 -
pente de charge observée entre le niveau de la nappe et celui de la Saône
(0,40 m).
Le rabattement observé dans le piézomètre le plus proche de la Saône (dis
tant de 7 m) est de 53 cm. Plutôt qu'une perte de change de 40 cm localisée
à la benge de la Saône, on peut tnès bien envisagen qu'elle se népantisse de
maniène néguliène entne Saône et piézomètne et s'expnime pan un naccondement
pnognessif à la niviène.
C'est ce que necnée le modèle plan ventical poun un colmatage quasi-nul de
la benge.
L'ondne de gnandeun de la pente de change pnessentie au pnéalable (40 cm)
connespond de toutes façons à un colmatage tnès faible, voine nul.
3.2.3 - Conclusion ; apport du modèle plan vertical
La simulation du pompage réalisé pan le SRAE en 1988 sun le site de la
Petite Bondiène en bondune de Saône a penmis de dégager les nésultats suivants :
- la dnainance du Pliocène dans l'alimentation de la nappe en exploitation
senait dominante poun des valeuns de penméabilité de cette fonmation
impontantes ;
- le colmatage de la benge est quasi-inexistant au dnoit du site de pompage
et l'alimentation pan la Saône est donc possible.
L'impontance donnée à la dnainance du Pliocène pan les simulations en plan
ventical est assez sunpnenante si on se nemémone les nésultats de la pnemiène
modélisation hydnodynamique de 1983 (1/3 Pliocène, 1/3 coteau, 1/3 Saône). Cette
conclusion sena donc à néévaluen apnès la modélisation en plan honizontal.
- 14 -
3.3 - Calage du modèle plan horizontal en permanent
Les paramètres hydrodynamiques et les hypothèses de modélisation retenues
pour les premières simulations sont ceux du modèle hydrodynamique BRGM de 1983.
Dans ces conditions, le calage a été rapidement obtenu. Les paramètres
hydrodynamiques retenus après calage ont les valeurs suivantes :
K alluvions
K Pliocène
K verticale du Pliocène
Charge du Pliocène
Colmatage de la berge
_3 1,5 x 10 m/s
1,5 à 4 x 10~4
_5 1,5 x 10 m/s
m/s
piézométrie des alluvions _3
1,5 x 10 m/s
4 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME PERMANENT
Deux zones de pompage ont été testées dans le cadre de cette étude
- Chamalan,
- Petite Bordiere.
4.1 - Site de Chamalan
Les rabattements ont été calculés pour un pompage optimum ayant les carac
téristiques suivantes : 3 . 8 puits de pompage à un débit de 190 m /h,
. maillage de 50 m x 50 m en bordure de Saône.
Les rabattements occasionnés sont donc inacceptables étant donné les
épaisseurs d'alluvions mouillées concernées (2 à 5 m) (figure 8).
Les rabattements calculés sur mailles de 50 x 50 m sont à majorer de près de
50 % pour obtenir un rabattement au puits de pompage réel.
- 15 -
Au regard des données géologiques disponibles, le site ne bénéficie pas, de
plus, d'un apport par drainance du Pliocène sableux.
4.2 - Site de la Petite Bordiere
Plusieurs configurations de pompage ont été simulées, pour un débit recher-3
ché de 1500 m /h. De manière à affiner au mieux ces simulations, un maillage de
25 m x 25 m a été appliqué sur le site, car plus représentatif des conditions
d'exploitations recherchées. On peut considérer que la différence entre rabatte
ment au puits de pompage et rabattement sur mailles de 25 x 25 m est de 10 à
20 %.
La synthèse des informations obtenues pour les différentes configurations
testées est reportée en tableau 1.
* 5 puits de pompage en bordure de Saône
Le dispositif se compose des ouvrages suivants (figure 9) : 3 . 2 puits extérieurs, d'un débit de 400 m /h ;
3 . 3 puits intérieurs au dispositif, d'un débit de 233 m /h.
Les puits extérieurs sont espacés de 100 m par rapport aux puits intérieurs
qui, eux, sont espacés de 75 m entre eux.
Cet espacement a été optimisé de manière à diminuer les interférences entre
puits, et aussi à tirer le meilleur profit de la réalimentation par la
Saône.
Pour les puits extérieurs, le rabattement s'établit à 6,7 m (figure 9) ;
pour les puits intérieurs, il est de 4,8 m.
Aucun rabattement supplémentaire n'est constaté sur les mailles du champ
d'Ambérieux, dont la plus proche est située à 450 m du dispositif.
- 16 -
Tableau 1
RESULTATS DES DISPOSITIFS DE POMPAGE TESTES EN PERMANENT (*)
I Debit I Espacement [ Apport | Distance | Apport ¡Rabat.(*) | m /h l entre fora-| riviere| en m | Pliocène| forage | | ges, en m | % I I % | en m
2 pompages de | | | | | | 800 m3/h chacunj 1600 | j 75 | | 25 |
1. I 800 | | | 25 | | 12,8 2. | 800 | I I 25 | | 13,4
5 pompages j 1500 | j 71 | | 29 j
1 - ! 4 0 0 ! loo ! ! 2 5 ! ! 6 > 7
2. | 233 | 75 I I 25 | | 4,8 3. | 233 j J? | | 25 j | 4,9 4 - ! 2 3 3 ! loo ! ! 2 5 ! ! 4>8
5. | 400 | | | 25 | I 6,8
8 pompages j 1500 | | 70 | j 30 |
1. I 300 | | | 25 | | 5.5 2. I 150 | 5 0 I | 25 | | 4,1 3. | 150 | 50 I I 25 | | 4,0 4. | 150 | 50 I I 25 j j 4,0 5. | 150 I so I I 25 j | 4,0
6. | 150 I so I I 25 I I 4 » ° 7. | 150 | | | 25 | I 4,2
8. | 300 | | | 25 j | 5,6
5 pompages | 1500 | | 60 | | 40 |
1. j 400 j j | 25 j | 7,0
2. | 233 | | | 50 | | 4,8 3. j 400 | j | 25 | j 7,0 4. | 233 | j | 50 | | 6,3 5. I 233 I j 25 I 6,3
(*) Pan rapport aux cartes de rabattement presentees, sur mailles de 25 x 25 m, ces résultats sont majorés de 15 % pour tenir compte des rabattements au forage même.
- 17 -
Dans cette configuration, l'alimentation se répartit comme suit :
. 71 % par la rivière ; 29 % par le Pliocène.
On ne constate aucun apport du coteau (c'est-à-dire pan les mailles à poten
tiel imposé de la bordure Ouest). Ceci est logique compte tenu de la faible
extension du cône de rabattement vers l'Ouest {=¿500 m).
* 5 puits de pompage en quinconce
Il nous a semblé intéressant de tester un dispositif pour lequel certains
des puits seraient en retrait par rapport à la Saône. L'objectif est de
tirer un meilleur parti de l'alimentation par le Pliocène et éventuellement
par le coteau. Le dispositif est le suivant :
3 . 3 puits en bordure de Saône, espacés de 100 m et débitant 400 m /h
3 pour les deux puits extérieurs, 233 m /h pour le puits intérieur ;
. 2 puits plus éloignés de la Saône (50 m), espacés entre eux de 300 m 3
et débitant 233 m /h chacun.
Les rabattements calculés (7 m au maximum) sont supérieurs à ceux du dispo
sitif précédent. Dans cette configuration, l'alimentation se répartit comme
suit' :
. 60 % par la Saône ; 40 % par le Pliocène.
* 2 puits de pompage en bordure de Saône : (figure 10) :
Configuration testée : 2 puits en bordure de Saône (25 m), espacés de 350 m 3
et débitant chacun 800 m /h.
Les'rabattements calculés sont de près de 13 m sur chaque puits. En considé
ration de l'épaisseur des alluvions, ces rabattements sont excessifs.
. A titre indicatif, l'alimentation se répartit comme suit :
. 75 X par la Saône ; 25 % par le Pliocène.
- 18 -
* 8 puits de pompage en bordure de Sa5ne
Le dernier dispositif testé est le suivant : 8 puits de pompage en bordure 3
de Saône (25 m), espacés de 50 m et débitant 300 m /h pour les deux puits 3
extérieurs, et 150 m /h pour les puits intérieurs.
Les rabattements calculés (figure 11) sont de 5,5 m pour les puits exté
rieurs, 4,0 m pour les puits intérieurs.
L'alimentation se répartit comme suit :
. 75 % par la Saône ; 30 % par le Pliocène.
Aucun rabattement supplémentaire n'est constaté sur le champ d'Ambérieux
pour ce pompage.
4.3 - Optimisation du dispositif de pompage
3 D'une manière générale, et hormis le dispositif "2 puits débitant 800 m /h",
3 toutes les configurations testées permettent d'obtenir les 1500 m /h recherchés, sans influence sur le champ d'Ambérieux.
La configuration optimale au regard des rabattements occasionnés est celle
constituée par 8 puits de pompage alignés en bordure de Saône.
Le dispositif constitué par 5 puits de pompage disposés en bordure de Saône
répond aussi aux besoins, pour des rabattements légèrement supérieurs, tout en
apportant une économie à la réalisation et surtout à la maintenance.
On gardera à l'esprit que ces rabattements sont un minimum (mailles de
25 x 25 m). En règle générale, si l'on compare les résultats sur les champs
d'Ambérieux et Quincieux, ce rabattement est à majorer de 1 à 2 mètres (1,5 m)
au puits de pompage.
- 19 -
Enfin, on peut légitimement penser qu'un rapprochement des puits de la
Saône, ou que la réalisation de drains horizontaux en direction de la Saône,
amélioreraient sensiblement les performances des ouvrages. Le degré de précision
de la modélisation ne nous permet pas d'apporter plus d'information à ce sujet.
4.4 - Connaissance du Pliocène
Les hypothèses hydrodynamiques retenues pour le Pliocène lors de la modéli
sation en plan horizontal sont proches de celles de 1983, et assez conformes aux
connaissances hydrogéologiques possédées sur le site.
Par contre, lors de la modélisation en plan vertical, nous avons été amenés,
pour le calage de la piézométrie observée, à afficher des perméabilités supé--3 -4
rieures à celles du plan horizontal (2,5 x 10 contre 4 x 10 m/s).
Cette forte perméabilité affichée entraîne d'ailleurs une alimentation par
le Pliocène dominante par rapport à l'alimentation de la Saône.
Si, dans un cas comme dans l'autre, l'alimentation des puits de captage est
assurée, il serait intéressant de posséder des informations supplémentaires sur
le Pliocène sableux.
Ces informations supplémentaires permettraient non seulement d'affiner
l'importance de cette drainance du Pliocène sableux dans la réalimentation des
champs captants, mais aussi de mieux connaître le mode de recharge de cette for
mation.
En l'état actuel des connaissances, il est considéré que l'hypothèse la plus
probable est celle retenue pour la modélisation en plan horizontal.
- 20 -
5 - MISE EN PLACE DU MODELE EN REGIME TRANSITOIRE
Une des questions posées pan le SMHAR était de savoir quelle senait la
recharge de la nappe à l'issue de la péniode de pompage à réaliser entre le 15
juin et le 15 septembre en étiage. Pour cela, la modélisation a été reprise en
transitoire.
5.1 - Méthode de travail
Le seul état piézométrique disponible sur la Plaine des Chères est celui de
1983, et de ce fait le transitoire réalisé ne pourra être considéré comme défi
nitivement calé. Le but de ces simulations sera donc avant tout de fixer les
ordres de grandeur de la recharge de la nappe au cours de l'année hydrologique.
Les simulations ont été réalisées sur les bases suivantes :
- période de 24 mois ;
- pas de temps mensuel ;
- année 1 normale (moyenne) ;
- année 2 sèche décennale ;
- année 3 normale ;
- démarrage de la simulation en mai, année 1 ;
- champ en pompage de juin à août, année 1 ;
- arrêt du pompage de septembre (année 1) à mai (année 2) ;
- champ en pompage de juin à août, année 2 ;
- arrêt du pompage de septembre (année 2) à mai (année 3).
5.2 — Données de base du modèle transitoire
Les données de base nécessaires à la modélisation en transitoire sont les
suivantes :
- variations des niveaux de la Saône (et de l'Azergues) ;
- 21 -
- variations du niveau piézométrique à potentiel imposé du coteau ;
- pluies efficaces moyennes mensuelles sur la zone ;
- prélèvements variables sur les champs d'Ambérieux et Quincieux.
* Niveaux de la Saône :
Les stations mesurant les niveaux de la Saône directement en amont ou en
aval du site sont les suivantes :
- Saône à Trévoux : cette station mesure uniquement les crues instantanées
de la Saône (lecture d'échelle) ;
- Saône amont et aval à Couzon : ces deux stations sont situées de part et
d'autre de la retenue de Couzon, en aval de la Plaine des Chères. S'agis-
sant de stations régulières, les données sont relativement complètes.
Cependant, la retenue ayant, entre autres buts, d'écrêter les crues de la
Saône, les niveaux observés sont influencés diversement suivant l'impor
tance de l'écrêtage réalisé. Toutefois, les niveaux de Saône utilisés pour
la modélisation sont ceux issus de ces deux stations.
Un traitement des données a été réalisé de manière à extraire des niveaux
moyens mensuels représentatifs d'une année normale, et d'une année sèche
décennale (figure 12) (les données utilisées sont reportées en annexe 3).
* Niveaux à potentiel imposé du "coteau" :
Les seules données disponibles sont la piézométrie en période de basses eaux
1983 et quelques données éparses indicatives des fluctuations de la nappe
pour d'autres périodes de l'année.
Sur ces bases, une variation mensuelle du niveau à potentiel imposé a été
retenue pour une année moyenne et une année sèche (figure 12).
* Pluies efficaces :
La station pluviométrique de Villefranche-sur-Saône (station représentative
- 22 -
la plus proche) a été utilisée. Le calcul des pluies efficaces a été réalisé
à l'aide de la méthode de PENMAN.
Ici encore, deux années types, sèche et moyenne, ont été considérées (figure
13) (les données utilisées sont reportées en annexe 3).
* Prélèvements des champs captants d'Ambérieux et Quincieux :
Les données de base sont les prélèvements mensuels par champs depuis 1983
(annexe 2). On note que les prélèvements sont supérieurs durant les mois
d'été. Deux régimes de pompage ont été retenus, l'un correspondant à la
période estivale, l'autre à la période hivernale :
3 3 . Eté - Ambérieux : 19 OOO m /j ; Quincieux : 16 600 m /j ;
3 3 . Hiver - Ambérieux : 15 000 m /j ; Quincieux : 9 700 m / j .
5.3 - Calage du modèle en transitoire
En l'absence d'un véritable calage, nous le rappelons, un coefficient d'em-
magasinement de 10 % a été retenu. Cette valeur, admise dans la bibliographie
pour ce type de formation, est confirmée par le pompage d'essai SRAE de 1988.
6 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME TRANSITOIRE
Les simulations en transitoire ont été réalisées sur un dispositif de 5
puits alignés à 25 m de la bordure de Saône (voir modèle en régime permanent).
* Année 1 (normale) :
- Après 3 mois de pompage, les rabattements calculés sont au maximum de 5,90
mètres.
- 23 -
La baisse de niveau enregistrée durant ces trois mois sur le nouveau champ
(15 cm), ainsi que sur les champs d'Ambérieux et Quincieux, est conforme à
la baisse de niveau du coteau et surtout de la Saône.
- 1 mois après la fin du pompage, le cône de rabattement est entièrement
résorbé, la recharge de la nappe est donc considérée comme complète.
* Année 2 (sèche) :
- Après 3 mois de pompage, les rabattements sont au maximum de 5,95 mètres.
Par rapport à l'année précédente, le rabattement supplémentaire occasionné
est de 5 centimètres, conforme au déficit constaté sur les niveaux de la
Saône et du coteau.
- 1 mois après la fin de la période de pompage, le cône de rabattement est
entièrement résorbé, la recharge est donc complète.
* Recharge de la nappe :
L'alimentation de la nappe est entièrement liée à la Saône et au Pliocène :
70 % Saône, 30 % Pliocène.
Cette proportion peut varier sensiblement (voir modèle plan vertical).
La recharge de la nappe par la pluie efficace tombant directement sur le
site est quasi-inexistante.
La recharge de la nappe, après la période de pompage, est très rapide dans
ces conditions (moins d'un mois).
Si l'alimentation par la Saône paraît bien établie (absence de colmatage,
niveau de Saône minimum garanti), l'alimentation par le Pliocène est encore
du domaine de l'hypothèse.
L'hypothèse retenue, en l'absence d'informations précises, pour la modélisa
tion du Pliocène, est en effet celle d'une drainance avec une charge cons
tante, qui est celle de la nappe libre en basses eaux ; elle est sans doute
simplificatrice.
Une meilleure connaissance de la recharge effective du Pliocène sur une lon
gue période permettrait d'affiner les résultats obtenus.
- 24 -
7 - CONCLUSIONS
La modélisation hydrodynamique de la Plaine des Chères a été réalisée pan le
BRGM, et à la demande du SMHAR, pour étudier la faisabilité de captages d'eau
d'irrigation.
3 L'objectif était de tester la possibilité de pomper 1500 m /h durant les
trois mois d'été.
Deux sites étaient pressentis :
. Chamalan,
. La Petite Bordiere.
* Le site de Chamalan s'est révélé, dès les premières simulations, insuffisant 3
pour un pompage de 1500 m /h.
* Le site de La Petite Bordiere est par contre favorable.
3 Au stade de la modélisation en régime permanent, le débit de 1500 m /h
recherché est assuré.
La configuration optimum est constituée par 8 puits de pompage alignés en
bordure de Saône, espacés de 50 m entre eux.
Ce dispositif n'occasionne pas de rabattements supplémentaires sur le champ
captant d'Ambérieux, situé à proximité (450 m).
Les simulations, reprises en régime transitoire, ont permis de montrer que
la recharge s'effectuait en moins d'un mois après l'arrêt des pompages, quel que
soit l'état de la nappe (année sèche, année normale).
Là encore, aucun rabattement significatif n'est constaté sur le champ cap
tant d'Ambérieux.
- 25 -
L'alimentation de la nappe captée sur le site de La Petite Bordiere est
assurée pour les 2/3 par la Saône, et pour 1/3 par la drainance du Pliocène.
Si la part d'alimentation par la Saône paraît démontrée, étant donné la
quasi-absence de colmatage de la berge, il serait par contre intéressant de
pousser plus avant les reconnaissances au Pliocène sableux de manière à mieux
connaître sa recharge à long terme.
**
F I G U R E S
PLAINE DES CHERES
PERIMETRES DE PROTECTION DES CHAMPS CAPTANTS
TREVOUX
LEGENDE
S S N V Ï ^ S Limite depone de protection immédiate
Limite de ¡one de protection rapprochée
Limite de $one de protection éloignée
ECHELLE 1/20 000
U -i
f
EPAISSEUR TOTALE DES ALLUVIONS
Figure 3
PLAINE DES CHERES
3S.
s . Û O H
o.ooo.oo
20.00 20.00
h35.00
|-3G.Û0
1-25.00
^20.00
(-10.00
hs.oo
Epaisseurs en m
SUR. 25.0
1111 12.5 - 15.0I | 10.0 - 12.5
4.0 - 6.0
INF. 4.0
ECHELLE 1/60 OOO
R 30314 RHA 4S 89
Figure 4
EPAISSEUR DU PLIOCENE SABLO-ARGILEUX
PLAINE DES CHERES
3 0 . 0 0 -
2S.00-
2 0 . 0 0 -
1S.Û0-
1 0 . 0 0 -
5 . 0 0 -
0.00
-35.00
-30.00
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
Epaisseurs en m
SUP. 25.0
20.0 - 25.0
15.0 - 20.0
12.5 - 15.û
10.0 - 12.5
7.5 - 10.0
5.0 - 7.5
2.5 - 5.Û
INF. 2 .50.00
ECHELLE 1/60 000
R 30314 RHA 4S 89
Figure 5
MODELE PLAN HORIZONTAL : MA/LLAGE ET CODIFICATION
PLAINE DES CHERES0.00
25.ÛCH
ÎO.ùCM
îo.ooH
lu.DÛ 20.00
f-35.00
h30.00
I-1S.Û0
l-io.oo
(-S.00
•0.00LU.00 20.00 30.00
LEGENDE : CODES
Interface mailles 100 / mailles 25Interface mailles 200 / mailles 100Pliocène sableux Grand VeissieuxPliocène sableux AmberieuxAltuvions.potentiel calculéPotentiels AzerguesPotentiels SaônePotentiel imposé coteau
Echelle 1/60 000
R 30314 RHA 4S 89
PLAINE DES CHERES
MAILLAGE DU MODELE PLAN VERTICAL
2m Puits de pompageSRAE
\
20m
l
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
LEGENDE
CODE
£2 0 Mail/e étanche
- / Potentiel imposé rivière cote 167.6 m NGF
-Z Potentiel imposé fignepiéjo cote 167,7mNGF
-3 Potentiel imposé Pliocène cote 167.7 NGF
23 m
- 167.6 m
_ 157, $ m
— fi/7,6 m
CODÉ
WÊ 1 Limons
H Z Sables fins
H 3 Allât/ions
L J V Colmatage berge
L J 5 Parts pompage
MODELE PLAN VERTICAL PIEZOMETRIE OBSERVEE ET CALCULEE
OUEST BST
Limite du plan vertical
Puits SRAB
170-
168 -
166 .
»V 161-
162-
160-
158.
170-
X CO
* 3D
5 *. CO
Cotes
3 >
S s_
166
161
m
160
Drainance du Pliocène
T. AUU : 5xio-2 m2/s
r. PLio : 5-xW2 mVs
Saône
Cone observe
Cone simulé
5 0 5 . _ Distances en m
Figure 8
POMPAGE SUR LE SITE DE CHAMALAN A 1500 m3/h
RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT
PLAINE DES CHERES
30.00-
25.00-
15.00-
1 0 . 0 0 -
30.00
0.00
-35.00
-30.00
-25.00
-20.00
-15.00
-10.00
-S . 00
Rabattements en m
jjj I
e.o5 . 0 - 6 - 0
3 . 5 - 5 . 0
2 . 5 - 3 . 5
i -^ - z . o1.0 - 1.5
0.1 - 0 .5
INF. - 0 . 110.DÛ 20.00 30.0Û
ECHELLE 1/60 OOO
fi 30314 RHA 4S 89
POMPAGE SUR 5 PUITS EN LIGNE
RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT
Figure 9
PLAINE DES CHERES0.00
35.QP-
30.00-
20.00-
15.00-
10.00-
lifppmm®
30.00
-3S.0O
-30.00
-25.00
-20.00
-15.00
Rabattements en m
| | SUP.
|||:l;f| - o . 1 -1 1 - 0 . 5 -["„""] - 1 . 0 -Ef|f§ -1.5 -
fflH -z.o -H -2.5 -• 1 -3.5 -
^H --:-̂ -^ H INF.
0 . 00 . 0
- 0 . 1- 0 . 5- 1 . 0- 1 . 5- 2 . 0-2 .5- 3 . 5- 5 . 0- 5 . 4
1 0 . 0 0 S 0 .00 30.0Q
ECHELLE 1/60 OOO
R 30314 RHA 4S 68
Figure 10
POMPAGE SUR 2 PUITS A 800 m3/h
RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT
PLAINE DES CHERES0.00
3S.O0-
3 0 . 0 0 -
2S .00 -
2 0 . 0 0 -
15.00-
10 .00 -
S.00
K Ï S Ï K S
iiisiiii
10.00
m•Xif
o.oo
-3S.00
-30.00
-2S.00
-1S.Û0
- 1 0 . 0 0
-5.00
Rabattements en m
! 1 SUR. 0 .0
rn -0.5- -o.i
B B -3.0 - -2.0H -4.0 - -3.0| ^ | - 6 . 0 - -4.0
H -8.0 - -6.0| H -10.0 - -8.0^ H INF. -10.0
20.00 30.00
ECHELLE 1/60 000
R 30314 RHA4S 68
Figure 11
POMPAGE SUR 8 PUITS EN LIGNERABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT
PLAINE DES CHERES0.00
35.Ù0-
SO.Û0-
2S.00-
i S . 0 0 -
LO.00-
5.00
10.00 20.00
ÎS SSECEH " S ! Si? S 3Ï5S H !S!ï3S 'ai t* ••KITXMKXMRItll «Vf H** H ' • **** K l K * |l V
m
30.00
-3S.O0
-30.00
-25.00
-20.00
-10.00
-S. 00
0.00
Rabattements en m
I | SUP. 0 . 0
j | - 0 . 5 - - 0 . 1
WÊÈ -1.0 - -0.5-1.5 - -1.0
-2.0 - -1 .5
- 2 . 5 - -2.0
-3.5 - -2.5
-4.0 - -3 .5
-4.5 - -4.0
INF. -4.5
ECHELLE 1/60 OOO
R 30314 RHA4S 88
Figure 12
SAONE ET COTEAUX NIVEAUX UTILISES EN TRANSITOIRE
Figure 13
100
80
60
40
20
DONNEES UTILISEES EN TRANSITOIRE PLUIES EFFICACES MENSUELLES EN M M
-T—i—i—i—i—:—i—i ' r ~\—n—i—i—r a «- z i <
5
—i—i—r~T
s c
5
r ' i ' i—i—r
% c -s
R 3 03 tU RH A US 83
A N N E X E 1
CÔNE DE RABATTEMENT DANS L'AXE DU MODÈLE PLAN VERTICAL
(POMPAGE SRAE 1988)
— ^ - La Saône
PIEZOMETRIE DU CÔNE DE RABATTEMENT après 72 heures de pompage à 300 m3/h
A N N E X E 2
PRÉLÈVEMENTS MENSUELS SUR LES CHAMPS
D'AMBÉRIEUX ET QUINCIEUX
SYNDICAT SAONE-TURDINE
PRODUCTION EN M3 PAR ZONE DE CAPTAGE
1 ANNEES
| N. zones
| mois N.
| Janvier
| Février
1 Mars
| Avril
| Mai
| Juin
| Juillet
| Août
| Septembre
| Octobre
1 Novembre
1 Décembre
1 Total par
| zone
| Total
| général
| 1983
| Ambérieux
412 903
374 221
388 129
355 212
304 678
435 756
686 206
559 260
487 856
450 822
368 450
416 600
5 240 093
9 036
Quincieux
252 110
256 700
295 350
258 230
318 410
358 360
507 280
428 890
300 450
248 030
270 640
303 960
3 798 410
503
1984
Ambér.
407
385
400
405
437
449
560
508
432
417
421
417
5 246
8
652
473
937
934
198
734
346
820
754
698
983
810
339
971
Quine.
292
263
300
303
312
337
412
322
291
304
284
299
3724
209
230
840
050
450
800
280
420
660
890
470
580
200
870
| 1985
Ambér.
514 580
428 203
430 262
413 630
399 893
418 373
489 724
508 181
50 674
516 108
510 145
494 871
5 630 681
9 814
Quine.
364
297
310
280
298
311
340
352
387
422
347
470
4184
811
140
330
080
500
180
950
680
750
770
450
700
600
130
1986
1 Ambér.
469
396
435
410
393
481
578
461
438
500
516
474
5 559
S
297
868
934
859
002
950
410
994
141
954
601
993
003
761
Quine.
408
318
331
284
296
361
429
345
292
404
370
357
4202
103
860
410
500
920
310
930
760
720
570
010
940
170
100
1987
Ambér.
435
409
411
384
386
382
437
450
404
358
344
368
4 772
£
364
429
641
403
856
097
095
277
537
220
628
029
576
156
Quine.
343
296
292
272
272
248
290
326
272
262
252
256
3385
296
100
820
570
170
510
710
020
400
050
390
450
530
720
| 1988
Ambér.
387 480
358 001
381 536
361 851
344 230
395 693
444 299
460 170
413 061
444 395
322 430
367 867
4 681 013
7 889
Quine.
238 880
238 680
266 730
252 960
283 050
291 550
279 140
281 520
281 710
293 850
246 720
253 690
3208 480
493
1989
Ambér.
382
340
409
324
459
474
544
615
615
263
947
717
539
973
Quine. 1
260
227
191
230
252
418
392
6101
090|
590|
350|
1101
540|
9101
• 1
A N N E X E 3
PLUIES EFFICACES ET NIVEAUX DE SAÔNE UTILISÉS
Annexe 3
150
PLAINE DES CHERES PLUIE EFFICACE A VILLEFRANCHE
LU
y _J Q.
100
50
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i l 1 1 1 1 1 111 M n ru u 1111 n 111111 u i n 111 m h n n n
168
• S " £ 'i £ il £ 'I k il S l oo n o° n «o n « n °° il « I II M il II II
PLAINE DES CHERES SAONE COUZON NIVEAUX MENSUELS
COUZON AM
COUZON AV
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