Etude de la faisabilité d'un champ captant sur le site de Couachy

Etude de faisabilité d’un champ captant sur le site de Couachy

Commune de Mana (Guyane) Phase II

Rapport final

BRGM/RP-56960-FR Décembre 2008

Etude de faisabilité d’un champ captant sur le site de Couachy

Commune de Mana (Guyane) Phase II

Rapport final

BRGM/RP-56960-FR Décembre 2008

M. Parizot, A. Gutierrez, P. Laporte, B. Joseph

Vérificateur :

Nom : L. Chanéac

Date :

Signature :

Approbateur :

Nom : Weng Ph

Date :

Signature :

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000.

Mots clés : champ captant, forage, pompages d’essai, piézométrie, fer, manganèse, hydrogéologie, aquifère, Mana, Guyane. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Parizot. M Gutierrez A. Laporte P. Joseph B., 2008 Etude de faisabilité d’un champ captant sur le site de Couachy, Commune de Mana (Guyane). Phase II –. Rapport BRGM/RP-56960-FR. 53 p., 12 fig., 7 tab., 2 ann. © BRGM, 2008, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Champ captant sur la commune de Mana

BRGM/RP-56960-FR Rapport Final 5

Sommaire

1. Objectifs et contexte de l’étude...................................................................9

2. Description géologique du site .................................................................11

2.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE DU SITE DE L’ETUDE................................... 11

2.2. CONTEXTE GEOLOGIQUE............................................................................ 13

3. Réalisation des tarières et des nouveaux ouvrages ...............................15

3.1. CALENDRIER DES TRAVAUX ET ORGANISATION DU CHANTIER............. 15

3.1.1. Moyens matériels ................................................................................. 15

3.1.2. Calendrier des opérations et des travaux ............................................. 15

3.2. LOCALISATION DES OUVRAGES ................................................................. 17

3.3. COUPES GEOLOGIQUES ET TECHNIQUES ................................................ 19

4. Pompages d’essai et description hydrogéologique................................21

4.1. CALENDRIER DES OPERATIONS................................................................. 21

4.1.1. Les pompages par paliers de débits..................................................... 21

4.1.2. Le pompage longue durée ................................................................... 22

4.2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS............................................................ 24

4.2.1. Interprétation de l’essai par paliers de débits ....................................... 24

4.2.2. Détermination de la diffusivité de l’aquifère .......................................... 28

4.2.3. Interprétation de l’essai longue durée sur F2........................................ 29

4.2.4. Interprétation au piézomètre PZ3 ......................................................... 31

4.2.5. Interprétation de l’essai longue durée en F3......................................... 32

6 BRGM/RP-56960-FR Rapport Final

4.2.6. Synthèse des interprétations de pompage d’essai ............................... 33

5. Conclusions sur l’exploitabilité des ouvrages.........................................35

Liste des illustrations

Figure 1 : carte de localisation du secteur étudié........................................................................ 12

Figure 2 : contexte géologique de la zone étudiée...................................................................... 13

Figure 3 : localisation des ouvrages réalisés dans ce projet....................................................... 18

Figure 4 : pompages d’essai par paliers de débits...................................................................... 25

Figure 5 : essai par paliers sur F2 ............................................................................................... 26

Figure 6 : Mise en évidence du développement en F2 ............................................................... 26

Figure 7 : essais par paliers sur F3 ............................................................................................. 27

Figure 8 : schéma conceptuel ..................................................................................................... 28

Figure 9 : suivi du niveau en F2 .................................................................................................. 30

Figure 10 : interprétation de l'essai longue durée sur F2 ............................................................ 31

Figure 11 : suivi du pompage sur Pz3 ......................................................................................... 32

Figure 12 :interprétation du pompage longue durée en F3......................................................... 33

Liste des tableaux

Tableau 1 : caractéristiques des pompages par palliers de débits du forage F2........................ 21

Tableau 2 : caractéristiques des pompages par palliers de débits du forage F3........................ 22

Tableau 3 : mesures de paramètres physico-chimiques lors du pompage de longue durée sur l’ouvrage F2 ................................................................................................................................. 23

Tableau 4 : mesures de paramètres physico-chimiques lors du pompage de longue durée sur l’ouvrage F3 ................................................................................................................................. 24

Tableau 5: essais par paliers de débits sur F2............................................................................ 25

Tableau 6 : essais par paliers sur F3 .......................................................................................... 27

Tableau 7 : éléments pour le calcul de la diffusivité.................................................................... 29

Tableau 8 : débits potentiellement exploitables par ouvrage ...................................................... 36



Liste des annexes

Annexe 1 Coupes géologiques et techniques des sondages : E1, E2 E3 et E4........................ 39

Annexe 2 Coupes géologiques et techniques des ouvrages F2 et F3....................................... 49



1. Objectifs et contexte de l’étude

La commune de Mana souhaite accroitre la connaissance de son sous-sol, notamment pour ce qui concerne les capacités aquifères de celui-ci afin, à terme, de renforcer ses capacités de production d’eau potable. Pour ce faire, la Direction de l’Agriculture et de la Forêt de Guyane a conseillé la mise en place d’un champ captant dans la nappe alluviale du fleuve Mana à proximité immédiate de l’actuelle prise d’eau de surface sur ce fleuve (au lieu-dit de Couachy). Ce champ captant serait, à terme, constitué de 3 ou 4 ouvrages de production d’eau brute dont les capacités devraient être de l’ordre de 15 m3/h pour un pompage d’une durée de l’ordre de 15 heures par jour, soit un prélèvement total de 60 m3/h ou encore 900 m3/jour.

Un premier forage, réalisé dans la nappe alluviale en février 2007, a mis en évidence un horizon de sables peu argileux à une profondeur d’environ 11 mètres, et se développant sur une épaisseur d’environ 6 mètres. Cette configuration hydrogéologique permettrait d’envisager un prélèvement d’eau brute de 15 m3/h à partir de cet ouvrage. Toutefois, les pompages d’essais menés sur ce forage n’ont pas permis de déterminer le débit critique de ce dernier, ni son débit d’exploitation à long terme, ni même les interactions probables avec le fleuve Mana.

Lors de la première phase de cette étude, une campagne de prospection hydrogéologique a été menée et portait sur les points suivants : reconnaissance de terrain, sondages électriques, réalisation d’un forage et de trois piézomètres, pompages d’essai. Ces éléments ont mis en évidence la présence d’une ressource en eau souterraine importante, susceptible d’être exploitée (débit d’exploitation supérieur à 20 m3/h soit supérieur à celui envisagé initialement) mais ont identifié la présence de fer et de manganèse dans certains secteurs, probablement liés à la présence de tourbe et d’horizons de sols anoxiques.

Afin de tester les capacités aquifères du secteur de Couachy et de procéder à la réalisation de ce champ captant, une seconde série de sondages à la tarière a été menée et deux nouveaux forages réalisés.

L’action du BRGM, lors de cette deuxième phase, a porté sur quatre points :

• la coordination, le suivi et l’interprétation de quatre sondages à la tarière mécanique destinés à évaluer l’épaisseur des couches géologiques potentiellement aquifères. Ces sondages font suite aux travaux de prospection électriques de la première phase. Leur profondeur est de l’ordre de 20 m chacun. L’objectif des ces sondages est de guider l’implantation des forages du futur champ captant ;

• le suivi de la réalisation de deux forages en 6’’, destinés à tester les capacités de l’aquifère et éventuellement ses interactions avec le fleuve Mana tant sur le plan qualitatif que quantitatif ;

• la coordination, le suivi et l’interprétation de pompages d’essai par paliers de débits et de longues durées destinés à quantifier les débits exploitables dans cet aquifère et à déterminer les limites d’influence du cône de rabattement de ces ouvrages dans le cadre d’une exploitation pérenne.



2. Description géologique du site

2.1. SITUATION GEOGRAPHIQUE DU SITE DE L’ETUDE

Le lieu d’implantation du futur champ captant est situé sur la commune de Mana à environ 11.5 km à l’Est / Sud-Est du bourg au lieu-dit « Couachy » (Figure 1).

La zone d’étude s’étend sur une dizaine d’hectares sur la rive droite du fleuve Mana en aval d’un long méandre de ce dernier. Elle se situe à une centaine de mètres au pied d’une butte matérialisant probablement l’ancien village amérindien de Couachy. A plus grande échelle, le site étudié est localisé sur une plaine alluviale large de quelques centaines de mètres, marécageuse par endroits, en contrebas d’un relief sableux s’étendant sur plusieurs kilomètres selon un axe Sud-Est // Nord-Ouest parallèle au littoral.

La première habitation se situe à plus d’un kilomètre des forages, le long de la piste reliant la zone d’étude à la route départementale 8. Jusqu’à ce jour, l’habitat du secteur de Couachy est resté très sommaire et dispersé, ne présentant pas, a priori, de pression notable pour la qualité des eaux souterraines.


Figure 1 : carte de localisation du secteur étudié



2.2. CONTEXTE GEOLOGIQUE

Le site de Couachy se situe sur des terrains sédimentaires, principalement d’origine marine, datant de la fin de l’ère quaternaire. Selon la carte géologique au 1/100 000ème (Choubert, 1961), le secteur étudié se situe dans les formations marines et fluviomarines de la série de Coswine constituées d’alternances de lentilles sableuses et argileuses (Figure 2).

Figure 2 : contexte géologique de la zone étudiée


D’après la carte géologique des formations superficielles au 1/50 000ème (Grua et Cautru, 1994), la zone d’étude est située en contrebas d’un cordon de plage, ou barre pré-littorale, parallèle à la côte et mis en place durant l’Holocène, au gré de transgressions marines, il y a moins de 10 000 ans. Au pied de ce cordon, Grua et Cautru présentent les formations superficielles comme des « marais d’arrière cordon et crique ». Ils y décrivent la lithologie comme étant constituée d’argiles gris-bleu gorgées d’eau, parfois silteuses et pyriteuses, ainsi que de niveaux de tourbe. Localement l’épaisseur de ce faciès atteindrait une dizaine de mètres.

Un sondage carotté, réalisé à proximité de la zone d’étude dans le cadre du projet de recherche appliquée sur la géologie des plaines basses entre Organabo et le Maroni (Boyer, 1963), a mis en évidence la succession suivante :

• de 0 à 23 m : sables fluvio-marins puis fluviatiles avec quelques passées argileuses d’échelle métrique ;

• de 23 à 27.5 m : dépôt laguno-marin d’argiles compactes assez sableuses ;

• de 27.5 à 30.5 m : succession de sable fin, galets puis argiles rouges ;

• de 30.5 à 48 m : roche arénisée in situ ;

• de 48 à 72 m : roche saine.



3. Réalisation des tarières et des nouveaux ouvrages

3.1. CALENDRIER DES TRAVAUX ET ORGANISATION DU CHANTIER

3.1.1. Moyens matériels

Pour réaliser les deux nouveaux forages ainsi que le sondage, les moyens matériels suivants ont été utilisés :

• Une sondeuse Sedidrill 750 ;

• Des tubages acier de Ø 140 mm, de Ø 220 mm, de Ø 340 mm ;

• Des tubages PVC, qualité alimentaires de Ø 150/165 mm ;

• Des tiges de forage de Ø 60 CR ;

• Des tricônes de Ø 240 mm, de Ø 420 mm ;

• Des tarières de Ø 100 mm ;

• Un groupe électrogène de 55 KVA ;

• Un compresseur HP 355 ;

• Un dispositif d’air lift à double colonne de Ø 2’’1/2 ;

• Une citerne d’eau ;

• deux pompes immergéee Grunfos 6’’ SP46-2 (46 m3/h à 16m).

3.1.2. Calendrier des opérations et des travaux

Semaines 16/17

• 17/04/08

E1 : foration à la tarière de 0 à 15 m en Ø 140 mm et de 15 m à 20 m en Ø 100 mm. Pose d’un tubage de Ø 63 mm jusqu’à la cote de 15 m. Tubage crépiné entre les cotes 11 m et 15 m.

• 21/04/08

E2 : foration à la tarière de 0 à 13.50 m en Ø 140 mm et de 13.50 m à 16 m en Ø 100 mm. Pose d’un tubage de Ø 63 mm jusqu’à la cote de 15 m. Tubage crépiné entre les cotes 2.40 m et 10.80 m.

• 23/04/08

E3 : foration à la tarière de 0 à 16.50 m en Ø 140 mm et de 16.50 m à 20 m en Ø 100 mm. Pose d’un tubage de Ø 63 mm jusqu’à la cote de 20 m. Tubage crépiné entre les cotes 4 m et 12 m, puis entre 13 m et 15 m.


Semaine 25

• 16/06/08

Amenée du matériel de forage sur le site de Couachi

• 17/06/08

F2 : début de foration au tricône de Ø 420 mm jusqu’à la cote de 3.50 m. Pose du tubage de Ø 340 mm Passage au tricône de Ø 240 mm. Perte de l’outil à la cote de 4 m. Echec du repêchage.

• 18/06/08

F2 : foration de 0 à 3.80 m en Ø 420 mm ; géologie peu favorable, déplacement du F2 à 11.80 m du Pz3. Foration de 0 à 3.80 m en Ø 420 mm Pose d’un tubage de Ø 340 mm jusqu’à la cote de 3.80 m ; cimentation de l’annulaire du tubage par méthode gravitaire.

• 19/06/08

F2 : foration au tricône de Ø 220 mm jusqu’à la cote de 18 m ; tubage provisoire en Ø 220 mm.

• 20/06/08

F2 : descente de l’équipement à la cote de 16.20 m. Mise en place d’un massif de graviers (graviers roulés, calibrés en diamètre de 2 à 5mm). Au retrait du tubage provisoire, l’équipement remonte à la cote de 15.85 m. Cimentation de 0 à 4.00 m.

Semaine 26

• 23/06/08

F2 : cimentation complémentaire.

F3 : déménagement de la sondeuse sur F3 à 2 m de l’essai 2 (E2).

• 24/06/08

F3 : foration de 0 à 2.00 m en Ø 420 mm. Pose d’un tubage de Ø 340 mm jusqu’à la cote de 1.90 m. Cimentation de l’annulaire par injection sous pression dans une canne à la base.

• 25/06/08

F3 : : foration au tricône de Ø 220 mm jusqu’à la cote de 18 m ; tubage provisoire en Ø 220 mm.

• 26/06/08

F3 : descente de l’équipement à la cote de 17.60 m. Mise en place d’un massif de graviers (graviers roulés, calibrés en diamètre de 2 à 5mm). Cimentation de 0 à 2.00 m.



Semaine 27

• 30/06/08

Panne du camion de l’entreprise Safor sur St Laurent du Maroni.

• 01/07/08

Réunion à la mairie de Mana. Arrivée de l’entreprise Safor et mise en place du matériel sur E4.

• 02/07/08

E4: reconnaissance géologique à la tarière de Ø 100 mm jusqu’à la cote de 20 m. Descente du tubage provisoire en Ø 140 mm à 20 m.

• 03/07/08

F2 et F3: installation d’un dispositif d’air lift à double colonne de Ø 2’’1/2. Développement par émulsion d’air (air lift) pendant 20 heures à partir de 13 heures à 15 m3/h.

E4 : reconnaissance géologique à la tarière de Ø 100 mm jusqu’à la cote de 24 m. Mise en place d’un tube piézo de Ø 63 mm à la cote de 17.20 m.

• 04/07/08

F2 et F3 : arrêt de l’air lift à 10 heures. Cimentation des têtes de puits.

E4 : développement par émulsion d’air (air lift) pendant une heure.

Semaine 28

• 06/07/08

F2 et F3 : installation des pompes (à la cote 10 m pour F2 et à la cote 15.50 m pour F3). Installation des exhaures et des branchements électriques.

• Du 07/07/08 au 12/07/08

F2 et F3 : Pompage par paliers de débits et pompage de longue durée.

3.2. LOCALISATION DES OUVRAGES

L’ensemble des ouvrages réalisés dans le cadre de cette mission est positionné sur la Figure 3


Figure 3 : localisation des ouvrages réalisés dans ce projet



3.3. COUPES GEOLOGIQUES ET TECHNIQUES

Les coupes géologiques et techniques des ouvrages E1, E2, E3, E4, F2 et F3 sont présentées en Annexe 1.



4. Pompages d’essai et description hydrogéologique

4.1. CALENDRIER DES OPERATIONS

Les pompages par paliers de débits et les pompages de longue durée ont été effectués simultanément sur les deux ouvrages F2 et F3.

4.1.1. Les pompages par paliers de débits

• 08/07/08

Mise en place des pompes immergées Grunfos 4’’ SP46 à 10 m de profondeur dans l’ouvrage F2 et 15.50 m dans F3. Essai de la pompe au débit maximum (48 m3/h) pour déterminer le débit des quatre paliers. Equipement par des capteurs de pression autonomes des ouvrages F2, PZ3, F3 et du fleuve Mana.

Avant le début des pompages, les niveaux statiques étaient de 3.32 m de profondeur par rapport à la cote du sol pour F2 et de 4.37 m pour F3. Les pompages ont débuté à 12h20 par débits croissants, de durée égale (1 heure pour chaque palier pompé), la remontée étant suivie jusqu’à la récupération du niveau statique de départ, compte tenu de l’influence le la marée sur la Mana en particulier pour F2 (Tableau 1 et Tableau 2)

Forage F2

N° Palier Débit moyen m3/h

Niveau statique F2 (m)

Niveau dynamique

F2 (m)

Rabattement F2 (m)

Variation niveau

Mana (m)

Rabattement PZ3 (11m)

1 9.6 3.32 4.25 0.93 0.11 0.17

2 15.9 3.36 4.9 1.54 0.10 0.26

3 27.7 3.41 6 2.59 0.07 0.40

4 43.4 3.46 7.8 4.34 0.04 0.64

Tableau 1 : caractéristiques des pompages par palliers de débits du forage F2


Forage F3

N° Palier Débit moyen m3/h

Niveau statique

F3

Niveau dynamique

F3

Rabattement F3

1 11.5 4.37 4.63 0.26

2 20 4.39 4.87 0.48

3 31 4.40 5.12 0.72

4 48 4.41 5.56 1.15

Tableau 2 : caractéristiques des pompages par palliers de débits du forage F3

4.1.2. Le pompage longue durée

Les pompes Grunfos ont été laissées à la même côte d’aspiration pour les deux forages. Les pompages de longue durée ont débuté à 19 heures précises à la fin de la remontée du dernier palier testé et pour une durée totale de 72 heures.

Forage F2

Le débit pompé sur cet ouvrage lors de cet essai de longue durée a été de 24 m3/h. Au cours de ce pompage, les débits sont lus sur le compteur installé sur le tuyau d’exhaure et vérifiés dans une cuve d’une capacité de 213 l. Les niveaux des ouvrages F2 et PZ3 ont été suivis manuellement avec des sondes électriques et automatiquement par des capteurs de pression.

Les principales données de ce pompage de longue durée sont les suivantes :

• profondeur de l’ouvrage : 18 m ;

• cote de l’aspiration : 9.50 m/sol ;

• débit moyen : 24 m3/h ;

• niveau statique initial F2 :3.47 m/rep;

• niveau dynamique F2 après 72 h : 5.86 m/rep ;

• rabattement final F2 : 2.39 m ;

• niveau statique initial PZ3 : 2.67 m/rep ;

• niveau dynamique PZ3 après 72 h : 3.17 m/rep ;

• rabattement final PZ3 : 0.5 m.



Forage F3

En tenant compte des rabattements mesurés pendant le pompage par paliers de débits, le débit du pompage de 72 h a été estimé à 30 m3/h. Au cours de ce pompage, les débits sont lus sur le compteur installé sur le tuyau d’exhaure et vérifiés dans une cuve d’une capacité de 213 l. Les niveaux de l’ouvrage F3 ont été suivis manuellement avec des sondes électriques et automatiquement par des capteurs de pression.

Les principales données de ce pompage de longue durée sont les suivantes :

• profondeur de l’ouvrage : 18 m ;

• cote de l’aspiration : 15.50 m/sol ;

• débit moyen : 30 m3/h ;

• niveau statique initial F3 :4.42 m/rep;

• niveau dynamique F3 après 72 h : 5.30 m/rep ;

• rabattement final F3 : 0.88 m.

Des mesures physico-chimiques ont été effectuées tout au long des pompages pour la conductivité électrique, le pH, le fer et le manganèse à l’aide de sondes de terrain.

Au cours des pompages, à 24 et 72 h, des échantillons ont été prélevés pour être analysés au laboratoire d’analyse des eaux de l’Institut Pasteur. Seuls les résultats de fer, manganèse et Turbidité sont présentés ici (Tableau 3 et Tableau 4)

Forage F2

Temps de pompage (heures)

Conductivité (µs/cm)

pH Fer (mg/l) Manganèse (mg/l)

Origine de la mesure Fer Manganèse

14 56.59 5.1

17 55.2 4.9

18 0.18 0.010 BRGM

20 57.6 5.1 0.51 0.006 BRGM

24 4.8 0.24 0.012 Pasteur

38 57.9 5.1

62 65.2 4.9

65 58.3 4.9

72 0.203 0.006 Pasteur

Tableau 3 : mesures de paramètres physico-chimiques lors du pompage de longue durée sur l’ouvrage F2


Forage F3

Temps de pompage (heures)

Conductivité (µs/cm)

pH Fer (mg/l) Manganèse (mg/l)

Origine de la mesure Fer Manganèse

10 42 5.2

12 41 5.1

13 0.21 0.005 BRGM

16 41 4.8

24 5 0.16 <0.005 Pasteur

39 41 5.2 0.18 0.002 BRGM

62 40.5 5.2

64 41 5

72 0.115 <0.005 Pasteur

Tableau 4 : mesures de paramètres physico-chimiques lors du pompage de longue durée sur l’ouvrage F3

4.2. RESULTATS ET INTERPRETATIONS

4.2.1. Interprétation de l’essai par paliers de débits

L’essai par paliers de débits a pour objectif la détermination d’un débit optimal de pompage. Dans le cas des essais réalisés sur les ouvrages F2 et F3, l’effet de la marée est susceptible de modifier les valeurs des rabattements qui auraient été observés en l’absence de marée. Celui-ci doit être corrigé avant de procéder à une interprétation des données.



0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

Alt

itu

de (

m)

de la M

an

a

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Pro

fon

deu

r (m

) au

x p

uit

s

Rivière Mana

Prof F2

Prof F3

Prof Pz3

Figure 4 : pompages d’essai par paliers de débits

Pour simplifier le calcul, seul le rabattement en fin de palier est corrigé. Cette correction se fait simplement par soustraction de l’effet de marée au puits considéré. Celui-ci est estimé par interpolation entre les niveaux « statiques » observés. On entend ici par niveau statique, les profondeurs mesurées dans les puits, lorsque ceux-ci ne sont pas influencés par les pompages (par opposition à niveau dynamique). Afin d’effectuer ce calcul, toutes les mesures sont ramenées à une même origine de temps et de niveau. L’origine des temps est prise au 08/07/2008 à 12h20.

Après correction, les couples débit (Q) et rabattements (s) sont reportés sur un graphe s=f(Q) ainsi que sur un graphe s/Q=f(Q).

• Au forage F2 :

Les valeurs utilisées sont données dans le Tableau 5.

N° Palier début fin Débit moyen

m3/h

Niveau

statique F2 (m)

Niveau

dynamique F2

(m)

Rabattement

F2 (m) brut

Effet de la

marée au puits

F2

Rabbattement

F2 (m) corrigé

1 08/07/2008 12:23 08/07/2008 13:22 9.6 3.32 4.24 0.92 -0.05 0.87

2 08/07/2008 13:39 08/07/2008 14:38 15.9 3.36 4.89 1.53 -0.09 1.44

3 08/07/2008 14:58 08/07/2008 15:58 27.7 3.41 6 2.59 -0.16 2.43

4 08/07/2008 16:38 08/07/2008 17:38 43.4 3.46 7.8 4.34 -0.19 4.15

5 08/07/2008 19:28 08/07/2008 20:28 24 3.47 5.48 2.01 -0.1 1.91

Tableau 5: essais par paliers de débits sur F2


Après correction, les 4 premiers paliers de débits s’alignent sur une droite. Celle-ci (points carrés verts sur la Figure 5 est très proche de la droite théorique (points ronds jaunes sur la même figure). Cet alignement semble indiquer que l’ouvrage n’a pas été sollicité au-delà de ses limites optimales et qu’il est envisageable de pomper à un débit supérieur au débit du plus fort palier. En considérant le rabattement obtenu lors de l’essai de longue durée, au bout d’une heure de pompage au débit de 24 m3/h, on ajoute un cinquième palier qui aurait pour objet de valider ou non cette interprétation. Il apparaît (Figure 6) que l’ouvrage s’est légèrement développé durant la mise en œuvre des essais par paliers puisque le rabattement obtenu est inférieur à celui indiqué par la courbe des pertes de charge. Ce développement a pour effet de diminuer la pente de la droite s/Q=f(Q) de la Figure 5, et de ce fait, le coefficient de perte de charge calculé ne doit pas être considéré dans les interprétations qui suivront.

Coef. pertes de charge linéaires (B) : 317 m/(m3/s)

Coef. pertes de charge quadratiques (C) : 1689 m/(m3/s)2

0.09 m/(m3/h)

1.30E-04 m/(m3/h)2

0.0E+00

2.0E-02

4.0E-02

6.0E-02

8.0E-02

1.0E-01

1.2E-01

0 10 20 30 40 50

Débit (m3/h)

s/Q (h

/m2)

Mesures Ajustement

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 10 20 30 40 50

Débit (m3/h)

s (m

)

BQ (m) s obs. BQ+CQ2 (m)

Figure 5 : essai par paliers sur F2

Palier 5

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

Débit (m3/h)

Ra

ba

tte

me

nt

(m)

Forage

F2

Figure 6 : Mise en évidence du développement en F2



En revanche, cela ne modifie pas les conclusions de l’essai par paliers de débits. Les limites de capacité de l’ouvrage n’ont pas été atteintes. Elles sont vraisemblablement supérieures à 43 m3/h.

• Au forage F3

La marée semble beaucoup moins présente sur les niveaux piézométriques du forage F3. Les couples rabattements et débit peuvent être utilisés sans correction. Les valeurs utilisées sont données dans le Tableau 6

N° Palier début fin Débit moyen

m3/h

Niveau

statique F3 (m)

Niveau

dynamique F3

(m)

Rabattement

F3 (m) brut

Effet de la

marée au puits

F3

Rabbattement

F3 (m) corrigé

1 08/07/2008 12:31 08/07/2008 13:33 11.5 4.37 4.63 0.26 0 0.26

2 08/07/2008 13:45 08/07/2008 14:45 20 4.385 4.872 0.487 0 0.487

3 08/07/2008 15:09 08/07/2008 16:09 31 4.396 5.116 0.72 0 0.72

4 08/07/2008 16:43 08/07/2008 17:43 48 4.413 5.56 1.147 0 1.147

5 08/07/2008 19:04 08/07/2008 20:04 30 4.42 5.142 0.722 0 0.722

Tableau 6 : essais par paliers sur F3

Le rabattement obtenu au bout d’une heure de pompage longue durée est cohérent avec l’évolution du rabattement des 4 paliers précédents. L’ouvrage a donc conservé ses caractéristiques tout au long de l’essai par paliers. Les très faibles rabattements spécifiques (s/Q), l’alignement sur une même droite des 5 paliers (Figure 7) et le faible écart existant entre cette droite et la droite des pertes de charge linéaires (points ronds jaunes) indiquent que les essais n’ont pas atteint le débit critique de l’ouvrage. Celui-ci parait être un excellent forage sur le plan hydrodynamique et un débit d’exploitation de 50 m3/h est envisageable.

Coef. pertes de charge linéaires (B) : 83 m/(m3/s)Coef. pertes de charge quadratiques (C) : 276 m/(m3/s)2

0.02 m/(m3/h)2.13E-05 m/(m3/h)2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 10 20 30 40 50 60

Débit (m3/h)

s (m

)

BQ (m) s obs. BQ+CQ2 (m)

1.0E-02

1.5E-02

2.0E-02

2.5E-02

3.0E-02

3.5E-02

4.0E-02

4.5E-02

5.0E-02

0 10 20 30 40 50 60

Débit (m3/h)

s/Q (h

/m2)

Mesures Ajustement

Figure 7 : essais par paliers sur F3


4.2.2. Détermination de la diffusivité de l’aquifère

Les fluctuations de la rivière Mana, dues à la marée océanique, se transmettent dans l’aquifère avec une amplitude et un déphasage liés à la diffusivité de l’aquifère. Cette diffusivité correspond au rapport Transmissivité / Coefficient d’emmagasinement qui sont les paramètres caractéristiques de l’aquifère.

Le calcul de la diffusivité est réalisé en comparant le signal de la perturbation sur la berge avec celui enregistré sur un ouvrage d’observation tel que le Pz3 (Figure 11). En toute rigueur, cette comparaison se fait sur une période non influencée par le pompage. Pour des raisons pratiques, les niveaux n’ont pu être enregistrés conjointement en dehors de la période de pompage. Les fluctuations sont mesurées sur un niveau influencé de manière constante par le pompage.

Variation au puits

Variation de marée

Aquifère capté Rivière Mana

x

Figure 8 : schéma conceptuel

La diffusivité peut être obtenue par l’intermédiaire de la formule analytique de Jacob (1950) dont une expression est la suivante :

)/exp( 00 TtSxHHx

π−=

Avec Hx : demi-amplitude de la fluctuation de la nappe ;

T : Transmissivité (en m2/s) ;

S : Coefficient d’emmagasinement (sans unité) ;

H0 : demi-amplitude de la marée ;

t0 : demi-période de la marée (temps entre le minimum et le maximum de l’onde).

Les données et résultats sont indiqués dans le Tableau 7



MANA PZ3 (50m)

Mesure marée haute (1) 2.10 2.90

Mesure marée basse (2) 1.53 3.10

Période (t0) en s. 28800

Amplitude 2H0 en m (Mesure1-Mesure2) 0.57

Amplitude Hx observée au piézomètre en m situé à (m) 50 0.096

Amplitude Hx calculée au piézomètre en m pour T/S= 2 0.197005

Amplitude Hx calculée au piézomètre en m pour T/S= 0.25 0.100289

Tableau 7 : éléments pour le calcul de la diffusivité

Il ressort de ce calcul que le rapport T/S=0.25. Attention, cette valeur est une diffusivité moyenne entre la rivière et le point d’observation qui correspond à un milieu homogène et isotrope. En réalité il existe des variations lithologiques importantes liées au milieu de dépôt (fluviatile) avec en particulier des passages captifs et des passages libres. La diversité des lithologies rencontrées en forage (voir les coupes en annexe 2 et 3), avec des dominances tantôt sableuses tantôt argileuses montre bien l’hétérogénéité du réservoir aquifère tant au niveau de sa géométrie que de ses propriétés hydrodynamiques. En comparaison avec la diffusivité calculée lors de la phase I (T/S=4), le rapport T/S obtenu sur Pz3 est l’indice d’un emmagasinement vraisemblablement plus fort lié à une nappe localement libre ou semi captive.

4.2.3. Interprétation de l’essai longue durée sur F2

L’essai en F2 est fortement influencé par la marée, comme le montre la Figure 9. L’interprétation va consister à encadrer les valeurs possibles de transmissivité en considérant l’enveloppe globale des rabattements en fonction du temps. Du fait de l’amplitude des fluctuations (20 à 30 cm), il n’est pas possible de se rendre compte de l’influence éventuelle du pompage simultané en F3, ni d’obtenir une valeur précise de transmissivité. De même, à cause de l’incertitude sur les pertes de charge mentionnées plus haut, aucune valeur d’emmagasinement n’est proposée.


Pompage de longue durée F2

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

temps

Niv

eau

dyn

am

iqu

e /

rep

en

m

Figure 9 : suivi du niveau en F2

Sur un diagramme semi-logarithmique, à la place d’une droite, les niveaux d’eau enregistrés en fonction du temps décrivent une forme sinusoïdale (Figure 10). En prenant la médiane par rapport à ces fluctuations, il est possible de faire passer une droite dite « droite de Jacob » dont la pente est inversement proportionnelle à la transmissivité. En considérant les niveaux maximum et minimum de ces fluctuations, il est possible d’estimer la plage des transmissivités probables de l’aquifère.



Pompage de longue durée F2

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

1 10 100 1000 10000

temps (min)

Niv

eau

dyn

am

iqu

e /

rep

en

m

Figure 10 : interprétation de l'essai longue durée sur F2

Ainsi la transmissivité obtenue varie entre 1,3 10-3 m2/s et 2,4 10-3 m2/s avec une valeur médiane de 1,5 10-3 m2/s

4.2.4. Interprétation au piézomètre PZ3

Les fluctuations aux piézomètres sont beaucoup plus difficiles à interpréter (Figure 11) car l’influence de la marée est forte en regard de l’amplitude de ces fluctuations. Plusieurs droites de Jacob pourraient être tracées, dont les pentes indiqueraient des transmissivités variant de 3 à 9 10-3 m2/s, soit des valeurs 2 à 6 fois supérieures à la valeur retenue pour le puits de pompage.

L’interprétation du coefficient d’emmagasinement sur un essai aussi perturbé n’a pas de sens.


Pompage de longue durée F2. Suivi sur PZ3

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0 1 10 100 1000 10000

temps

Niv

eau

dyn

am

iqu

e /

rep

en

m

PZ3

Figure 11 : suivi du pompage sur Pz3

4.2.5. Interprétation de l’essai longue durée en F3

L’essai de longue durée sur le forage F3 présente plusieurs types de perturbations : - un bruit de fond important, sans régularité, avec des amplitudes de 5 cm,

vraisemblablement lié à la sensibilité insuffisante du capteur de pression ou à des perturbations électromagnétiques. Ces variations aléatoires sont des artéfacts et ne correspondent pas à un mouvement de la nappe ;

- une inflexion vers le bas des rabattements en fonction du temps entre 600 et 1000 minutes après le début du pompage qui pourrait correspondre à l’influence du pompage en F2 ou à l’atteinte par le cône de rabattement du pompage de limites hydrogéologiques ;

- une inflexion vers le haut des rabattements entre 2000 et 3000 minutes. En l’absence d’un suivi précis continu du débit, l’origine de cette remontée progressive n’a pas été élucidée. Il pourrait s’agir par exemple d’une modification progressive du débit liée à un changement dans le dispositif de rejet des eaux pompées, d’un développement de l’ouvrage, ou de l’influence de la ré-infiltration des eaux pompées ;

- l’influence lointaine de la marée qui transparait à peine, masquée par les autres perturbations.



En conséquence, l’interprétation sur ce pompage ne peut que déterminer une plage de transmissivités dont seul, l’ordre de grandeur, sera représentatif des conditions aquifères locales.

pompage longue durée sur F3

4.40

4.60

4.80

5.00

5.20

5.40

5.60

1 10 100 1000 10000

Temps

niv

ea

u d

yn

am

iqu

e e

n m

Figure 12 :interprétation du pompage longue durée en F3

Les droites de Jacob tracées (Figure 12) aboutissent à des valeurs de transmissivité comprises entre T=1.10-2 m2/s et 2.2.10-2 m2/s avec une valeur intermédiaire retenue de 1.4 10-2 m2/s ; soit environ 10 fois la valeur retenue sur le forage F2.

Il n’est pas possible d’évaluer l’emmagasinement sur cet essai.

4.2.6. Synthèse des interprétations de pompage d’essai

Les suivis de pompages réalisés entre le 8 et le 11 juillet 2008 ne peuvent être interprétés de manière fiable du fait de divers phénomènes perturbateurs. Les mesures à réaliser pour prévenir et corriger ces effets auraient nécessité des frais supplémentaires qui ne sont pas justifiés au regard des objectifs du projet. Il ressort toutefois de ces interprétations que :

• les forages F2 et F3 peuvent être exploités avec des débits supérieurs à 40 m3/h ;

• l’emplacement du forage F3 est meilleur sur le plan hydrodynamique au forage F2 (transmissivité supérieure d’un ordre de grandeur) ;

• la diffusivité de l’aquifère est très variable dans l’espace. Certaines zones fonctionnent principalement en aquifère libre, d’autres en aquifère captif. Ce fonctionnement a des conséquences à la fois sur la productivité des ouvrages et sur la qualité de l’eau pompée. Il justifie de réaliser dans ces milieux des études géologiques et géophysiques préalables à l’implantation des ouvrages.



5. Conclusions sur l’exploitabilité des ouvrages

La phase I du projet de réalisation d’un champ captant sur le site de Couachy en vue de renforcer la capacité de production d’eau potable de la commune de Mana a permis les actions suivantes :

i. la réalisation du forage F1, d’une capacité de production de 22 m3/h ;

ii. la détermination, suite à une série d’investigations géophysiques, de trois sites propices à l’implantation d’ouvrages d’exploitation de capacités supérieures à 15 m3/h.

Au cours de la deuxième phase de ce projet de réalisation d’un champ captant sur le secteur de Couachy, les actions suivantes ont pu être menées conformément à la convention de recherche et de développement entre la mairie de Mana et le BRGM :

i. La coordination, le suivi et l’interprétation de quatre sondages à la tarière mécanique :

• E1 : profondeur : 20 m. Epaisseur de sable rencontrée : 3 m ;

• E2 : profondeur : 16 m. Epaisseur de sable rencontrée : environ 7 m ;

• E3 : profondeur : 20 m. Epaisseur de sable rencontrée : environ 8 m ;

• E4 : profondeur : 24 m. Epaisseur de sable rencontrée : supérieure à 15 m.

ii. Le suivi de la réalisation de deux forages d’exploitation :

• F2, dont l’emplacement a été déterminé d’après les données quantitatives et qualitatives mesurées sur PZ3 au cours de la phase I du projet, à savoir une forte épaisseur de sable et des concentrations faibles en fer et manganèse ;

• F3, dont l’emplacement a été déterminé d’après l’exploitation de la coupe géologique de l’essai 2.

iii. La coordination, le suivi et l’interprétation de pompages d’essais sur les ouvrages F2 et F3 destinés à quantifier les débits exploitables ainsi qu’un suivi qualitatif de ces mêmes ouvrages.

L’interprétation des pompages d’essai s’est déroulée en deux étapes : (i) la détermination du débit critique de chaque ouvrage d’après les résultats des pompages par paliers de débits et (ii) la détermination des caractéristiques hydrogéologiques de l’aquifère capté par les forages. A partir de ces informations, il devient possible de déterminer la productivité des ouvrages sur une longue durée. Les résultats pour F1, F2 et F3 sont présentés dans le Tableau 8 ci après :


Ouvrage de production

Débit testé (m3/h) Débit d’exploitation envisageable (m3/h)

Volume pompé en 15h (m3)

F1 22 30 550

F2 25 40 600

F3 30 50 750

1 900 m3/jour

Tableau 8 : débits potentiellement exploitables par ouvrage

Au cours des pompages longue durée, l’échantillonnage d’eau à l’exhaure a permis d’apprécier d’éventuelles variations de la qualité de l’eau brute en particulier pour ce qui concerne les paramètres fer et manganèse.

Concernant l’ouvrage F1, les concentrations en fer varient tout au long du pompage de 72 h entre 0.45 mg/l (après 13h de pompage) et 0.59 mg/l (après 68h de pompage). Ces concentrations sont plus élevées que la référence qualité des eaux destinées à la consommation humaine (0.2 mg/l).

Les concentrations en manganèse sont, quant à elles, relativement stables au cours du pompage et oscillent autour de 0.03 mg/l. Les eaux pompées par F1 sont de bonne qualité vis-à-vis de l’élément Mn puisque la référence qualité des eaux destinées à la consommation humaine est de 0.05 mg/l.

Après 72 h de pompage, l’ouvrage F2 présentait des concentrations en fer et manganèse respectivement de 0.203 mg/l et 0.006 mg/l. Après 72h également, les concentrations en fer et manganèse de F3 étaient respectivement de 0.115 mg/l et <0.005 mg/l.

Les eaux brutes pompées par F2 et F3 présentent donc des concentrations en Fe et Mn inférieures aux références qualité des eaux destinées à la consommation humaine.

Afin de satisfaire à l’un des objectifs de la mairie de Mana consistant en la création d’un champ captant constitué de 4 ouvrages de production, le BRGM propose la réalisation d’un quatrième forage à l’emplacement de l’essai 4. En effet, la lithologie au droit de ce site, d’abord suspectée par la géophysique puis confirmée par un sondage à la tarière, consiste en une forte épaisseur de sable (supérieure à 15 m). Par conséquent, on peut s’attendre à obtenir de cet ouvrage un débit d’exploitation supérieur à 30 m3/h. De plus, le contexte géologique et hydrogéologique étant identique en F3 et E4, la qualité chimique des eaux contenues dans ces sables permettrait une distribution sans traitement visant à diminuer les concentrations en fer et manganèse.

Cet ouvrage, exploité à un débit de 30 m3/h pendant 15h par jour, viendrait accroitre la capacité de production du champ captant de 450 m3 passant ainsi à environ 2 350 m3/jour.

Il est à noter que les pompages d’essai réalisés sur ces ouvrages ont été menés à la fin de la saison des pluies soit, au maximum de recharge de l’aquifère. A l’heure actuelle nous ne disposons pas d’une chronique complète de données corrélant la pluviométrie et la piézométrique du secteur d’étude. Cependant, à la suite des travaux de pompage du mois d’aout, le Brgm a installé une sonde piézométrique automatique réglée sur un pas de temps de mesure fin dans



l’ouvrage F3 (une mesure par heure). A ce jour, soit à la fin de la saison sèche et par conséquent au minimum de recharge de l’aquifère (niveau le plus bas de l’année hydrologique), nous avons pu observer que la baisse du niveau statique dans l’ouvrage au cours de la période était continue et n’excède pas un mètre.

De même pour la suite de cette étude, il conviendrait de suivre la pluviométrie du secteur afin de dresser un bilan de l’aquifère et déterminer précisément les conditions d’exploitation des ouvrages tout au long de l’année.

Enfin, en vue de l’exploitation de champ captant et de la mise en place des périmètres de protection, il apparaît comme indispensable de mener rapidement une étude environnementale exhaustive sur le secteur de Couachy afin de définir la vulnérabilité de la ressource et d’évaluer les risques de pollution.



Annexe 1

Coupes géologiques et techniques des sondages : E1, E2 E3 et E4











Annexe 2

Coupes géologiques et techniques des ouvrages F2 et F3





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Documents

Etude de la faisabilité d'un champ captant sur le site de Couachy