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Etude hydrogéologique
Carrière de Breurey les Faverney
GDFC – Etude hydrogéologique – Gravière de Breurey-les-Faverney
Sciences Environnement – Agence de Besançon Dossier n°: 2012-117 2
Sciences Environnement
Agence de Besançon
Ce dossier a été réalisé par : Alexandre BENOIT-GONIN
Pour le compte de : Granulat de Franche-Comté
Révisions du dossier : Version 1
GDFC – Etude hydrogéologique – Gravière de Breurey-les-Faverney
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Figure 1 : Plan de situation .............................................................................................................. 5
Figure 2 : Extrait des cartes géologiques au 1/50000 de Jussey et de Luxeuil-les-Bains ................ 7
Figure 3 : Plan d’implantation des piézomètres et des échelles limnimétriques ........................... 8
Figure 4 : Répartition des prélèvements selon les périodes hydrologiques ................................. 10
Figure 5 : Schématisation de l’influence du colmatage aval sur le régime hydrogéologique ...... 12
Figure 6 : Esquisses schématiques de la piézométrie en hautes, moyennes et basses eaux ....... 14
Figure 7 : Coupes piézométriques longitudinales et transversales du site de la gravière ............ 15
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Annexe 1 : Coupes des piézomètres Pz1 à Pz8
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1 Préambule _______________________________________________________________ 5
2 Contexte hydrologique _____________________________________________________ 6
3 Contexte géologique et hydrogéologique ______________________________________ 6
3.1 Cadre géologique général _____________________________________________________ 6
3.2 Cadre géologique local _______________________________________________________ 6
3.3 Piézométrie de la nappe ______________________________________________________ 9
3.3.1 Choix des périodes de mesures _______________________________________________________ 9
3.3.2 Interprétation de la piézométrie _____________________________________________________ 10
3.4 Impact du projet de mise en communication des plans d’eau _______________________ 12
ANNEXES ___________________________________________________________________ 16
Annexe 1 : Coupe des piézomètres Pz1 à Pz8 ______________________________________ 17
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11 PPrrééaammbbuullee
La gravière de Breurey-les-Faverney exploite les matériaux alluvionnaires de la vallée de la
Lanterne, entre Mersuay et Faverney. Un dossier de demande de renouvellement et
d’extension de l’autorisation d’exploiter le site est en cours.
Cette étude a pour objet d’appréhender les possibilités de mise en communication de certains
plans d’eau de la gravière.
Pour cela, nous avons procédé à la mise en place de 8 piézomètres autour et sur le site, ainsi
que de 5 échelles limnimétriques dans chacun des plans d’eau existant et dans la Lanterne en
amont hydraulique du site.
Figure 1 : Plan de situation
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22 CCoonntteexxttee hhyyddrroollooggiiqquuee
La Lanterne qui est un affluent de rive gauche de la Saône constitue le principal cours d’eau du
secteur : cette rivière borde la plate-forme de traitement des matériaux située sur la commune
de Mersuay. Sur la zone d’étude, elle s’écoule du nord-est vers le sud-ouest.
La rivière s’étend sur 62 kilomètres. Elle suit un tracé orienté sud-est / nord-ouest jusqu’à
Ormoiche avant de changer radicalement d’orientation pour se diriger vers le sud-ouest jusqu’à
sa confluence. Sa pente moyenne est de 3,8 ‰ depuis sa source. Le module (débit moyen) est
de 22 m3/s (mesuré à la station de Fleurey-les-Faverney).
La largeur de la plaine alluviale est très variable, comprise dans un intervalle de 350 à 4300 m et
les zones les plus étroites correspondent aux zones d’affleurement triaso-liasiques. Dans le
secteur d’étude, la plaine alluviale s’étend sur une largeur de 1800 m environ.
33 CCoonntteexxttee ggééoollooggiiqquuee eett hhyyddrrooggééoollooggiiqquuee
33..11 CCaaddrree ggééoollooggiiqquuee ggéénnéérraall
La carrière de Breurey-lès-Faverney / Mersuay se situe dans les alluvions récentes de la
Lanterne (Fz) qui entaille largement les terrains du Trias et du Lias de la zone de dépression pré-
vosgienne.
Entre Mersuay et Breurey-les-Faverney, les ruisseaux de Courcelles, de la Raie des Combes et le
ruisseau de la Petteuse drainent les terrains liasiques et triasique avant de se jeter dans la
Lanterne ou de se perdre (tout ou partie) dans les alluvions récentes.
33..22 CCaaddrree ggééoollooggiiqquuee llooccaall
Pour les besoins de cette étude, 8 piézomètres ont été réalisés autour et sur le site.
Les forages destructifs ont été réalisés en diamètre 76 mm jusqu’à une profondeur de 7 m.
Ils ont été équipés de tubes PVC Sotra crépinés de diamètres 52/60 m, pleins jusqu’à -1 m de
profondeur et crépinés de -1 à -7 m.
L’espace annulaire au niveau des crépines a été comblé par de la gravelette siliceuse roulée
recouverte par une cimentation en tête.
Les ouvrages sont recouverts d’une tête métallique de protection qui dépasse de 0,6 à 0,8 m du
sol.
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Figure 2 : Extrait des cartes géologiques au 1/50000 de Jussey et de Luxeuil-les-Bains
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La lithologie rencontrée lors de la foration des piézomètres montre la succession suivante :
• Limons localement argileux marron, brun et brun foncé sur 0,2 à 0,5 m
d’épaisseur, excepté au niveau des Pz4 et Pz7 implantés en bordure de
chemin ;
• Alluvions fines de la vallée de la Lanterne constituées de matériaux argilo-
limoneux, limono-sableux ou argilo-sableux, marron, bruns, gris-brun, beige-
rosé ou noirs, excepté au droit du Pz7.
• Alluvions grossières constituées d’un mélange de graviers, galets, et sables
siliceux beige, gris et beige-rosé. Ces formations ont été rencontrées entre
0,6 et 4 m de profondeur et sur 1,6 à plus de 6,4 m d’épaisseur. Les sondages
Pz4 et Pz7 ont été arrêtés à 7 m de profondeur et n’ont pas atteint la base de
la formation. En Pz1 et Pz5 (en bordure sud de la plaine alluviale), les
alluvions grossière passent à des argiles sablo-graveleuses beige marron à
partir de 6,8 et 6,5 m de profondeur.
• Substratum marno calcaire (Pz2), argileux et marneux (Pz3, Pz6 et Pz8) entre
4,5 et 6,6 m de profondeur.
Les coupes de chaque ouvrage figurent en annexe.
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3.3.1 Choix des périodes de mesures
Pour cette étude nous avons réalisé cinq campagnes de mesures piézométriques en basses,
moyennes et hautes eaux.
Les dates de chaque campagne ont été définies selon les conditions hydrologiques de la
Lanterne à Fleurey-les-Faverney suivies par les données en temps réel disponibles sur le site
internet de la DREAL de Franche-Comté.
Ainsi, d’après les courbes de suivi du débit de la rivière au cours de la période d’étude, les 5
campagnes piézométriques ont été réalisées le :
• 11/09/2012 : basses eaux ;
• 10/10/2012 : hautes eaux ;
• 23/11/2012 : moyennes eaux ;
• 04/07/2013 : hautes eaux ;
• 28/08/2013 : basses eaux.
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Figure 4 : Répartition des prélèvements selon les périodes hydrologiques
Le tableau ci-dessous récapitule l’ensemble des valeurs piézométriques et niveaux des plans
d’eau.
Tableau 1 : Valeurs piézométriques mesurées au cours des campagnes de mesures
3.3.2 Interprétation de la piézométrie
Les esquisses piézométriques qui tiennent compte des valeurs mesurées dans les piézomètres
et des niveaux lus sur les échelles limnimétriques sont représentées sur les cartes schématiques
de la Figure 6.
Ces esquisses illustrent les situations moyennes pour chaque période hydrogéologique.
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3.3.2.1 Variations des niveaux de nappe
D’après les valeurs piézométriques mesurées (tableau 1 ci-avant).
Le premier constat concerne le décalage des niveaux de nappe et de la rivière avec les niveaux
des plans d’eau, excepté pour la zone actuelle d’extraction (échelle 6). En effet, si l’évolution
piézométrique et hydraulique de la nappe et de la Lanterne sont cohérentes pour les 5
campagnes de mesures, on observe que les niveaux des plans d’eau sont plus élevés en
novembre 2012 (période considérée de moyennes eaux) qu’en octobre 2012 (période
considérée de hautes eaux). Cela suggère une certaine inertie pour la mise en équilibre de
l’ensemble du système, lié à la nature des matériaux qui constituent l’aquifère et au fait que la
mesure du 23/11/12 ait été réalisée en cours de décrue tandis que celle du 10/10/12 a été faite
au pic de la crue, tout comme celle du 04/07/13.
Le tableau 1 montre que les variations piézométriques de la nappe selon les conditions
hydrogéologiques sont de 0,19 m à 1,07 m selon les piézomètres surveillés.
Les battements les plus importants (de 0,94 à 1,07 m) sont observés en bordure de la plaine
alluviale sur les piézomètres Pz1, Pz2, Pz3 et Pz5.
Les piézomètres Pz7et Pz8 montrent des battements du même ordre de grandeur que les plans
d’eau (malgré le décalage temporel) suggérant un équilibre plus stable avec les eaux de surface.
Les variations de niveau dans les piézomètres Pz4 et Pz6, les plus proches des plans d’eau, sont
en adéquation avec l’amplitude des niveaux dans les gravières.
3.3.2.2 Ecoulement de la nappe
D’une manière générale, on constate une première composante piézométrique très influencée
par des apports de versants en provenance du sud-est. Ainsi, en hautes-eaux, le gradient
piézométrique est très fort puisque les niveaux de la nappe sont plus élevés de 1 m entre la
limite de la zone alluviale et les bordures sud-est des plans d’eau.
Le gradient est également fort entre les plans d’eau de part et d’autre de la voie ferrée,
particulièrement en basses eaux.
Cette composante d’écoulement du coteau vers la Lanterne favorise le rôle de tampon que
jouent les plans d’eau en constituant une réserve en basse eau pouvant permettre un soutien
du débit d’étiage de la rivière.
La seconde composante piézométrique est en relation avec le sens d’écoulement de la
Lanterne du nord-est vers le sud-ouest. Elle s’exprime clairement entre les trois plans d’eau en
conditions de moyennes et de basses eaux tandis qu’en hautes eaux, la première composante
liée aux apports de versant est majoritaire. Notons d’ailleurs que le gradient lié à cette
composante est beaucoup plus doux et régulier en moyennes eaux qu’en basses eaux du fait
des différences de niveaux importantes entre les plans d’eau est et ouest des Grands Gabions.
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33..44 IImmppaacctt dduu pprroojjeett ddee mmiissee eenn ccoommmmuunniiccaattiioonn ddeess ppllaannss dd’’eeaauu
La mise en communication de deux plans d’eau a pour principale conséquence la mise à
l’équilibre des cotes piézométriques entre la gravière amont et la gravière aval
(horizontalisation de la nappe au droit du plan d’eau).
La cote piézométrique de chaque bassin dépendra de l’état de colmatage des berges et de la
distance amont / aval, car plus le linéaire du plan d’eau est grand, plus la différence de cote
amont / aval est élevée.
La Figure 5 : illustre le fait que la piézométrie initiale d’un plan d’eau correspond à une cote
moyenne entre l’amont et l’aval lorsque les berges ne sont pas colmatées. En revanche, lorsque
les berges sont colmatées, la cote du plan d’eau correspondra à la cote piézométrique amont,
la berge pouvant être assimilée à un niveau de seuil déversoir.
Figure 5 : Schématisation de l’influence du colmatage aval sur le régime hydrogéologique
Les coupes piézométriques présentées en Figure 7 suggèrent un colmatage partiel entre les
bassins B et C compte tenu de la différence de niveau (entre 0,8 et 1,05 m) entre ce plan d’eau
et la zone d’extraction actuelle.
En effet une moitié de la berge ouest a été remblayée après le passage de la drague. Une vaste
baissière a été aménagée sur ce secteur afin de laisser le libre écoulement des eaux lors des
épisodes de crues (mesure permettant d’éviter l’érosion régressive des berges). Les autres
parties de berge nord-ouest et sud-ouest du bassin B restent drainantes et pourront être
améliorées par rafraichissement (peignage à la pelle mécanique).
Notons que le système actuel fonctionne très bien quelles que soient les conditions
hydrogéologiques et permet d’assurer un écoulement progressif vers l’aval (vers le bassin C).
Les mesures réalisées dans le Pz6 (proche de la zone d’extraction) lors de la crue du 10/10/2012
ont montré que le niveau de la nappe n’était qu’à 0,23 m du niveau du sol.
Par conséquent, compte tenu du linéaire important entre l’amont du bassin B et l’aval du bassin
C (environ 1200 m), il serait préférable de ne pas mettre en communication la zone d’extraction
actuelle avec le plan d’eau B au sud-ouest des Grands Partages. En effet, la mise en équilibre de
la nappe par horizontalisation pourrait entrainer une remontée du niveau d’eau sur le bassin C.
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Sur le bassin C en cours d’exploitation et voué à être étendu d’environ 200 mètres, on constate
une importante composante piézométrique liée aux apports de versants entre les piézomètres
Pz3 et Pz6, particulièrement en hautes-eaux.
Par conséquent pour limiter le risque de débordement de nappe en hautes-eaux
(indépendamment des crues de rivière), il est donc nécessaire de conserver des berges
drainantes vers l’aval hydraulique (en direction de la Lanterne au nord et à l’ouest).
En effet cette mesure permettra d’atténuer l’amplitude piézométrique amont/aval par un
maintien de l’écoulement naturel.
Au nord de la voie ferrée, le gradient piézométrique est beaucoup plus doux, car plus influencé
par la Lanterne que par les apports de versants. De plus, il est très probable que la cote
piézométrique mesurée dans les Pz7 et Pz8 soit soutenue par l’effet de seuil déversoir que
représente la berge à l’aval des Grands Gabions.
Le niveau du bassin C reste donc cohérent avec la piézométrie naturelle de la nappe à cet
endroit et le rééquilibrage entre l’amont et l’aval est réduit.
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