Hydrogéologie, environnement et risques de

PREFECTUREDESVOSGES

, >

Direciion D~puriemenlale ,., I : s a < ) ; de 1 ilgriculture et de la Foret

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du captage de Chamagne (Vosges)

D. Jauffret, L. Vaute

Etude réalisée dans le cadre des actions de Service public du BRGM 00-EAU-5 16

Mars 2000 BRGMW-50102-FR

Hydrogéologie. environnernent et risques de poilulion du captage de Charnagne (Vosges)

Mots clés : hydrogéologie, agriculture, réglementation. marne, calcaire, karst, Jurassique, Dogger, Vosges, débit, infiltration, hydrochimie, pollution, nitrates, fer, turbidité, captage, forage, puits, AEP, aquifère, occupation du sol.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Jauffret D., Vaute L. (2000) - Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du captage de Chainagne (Vosges). Rapport BRGM/RP-50102-FR, 3 5 pages, 1 tableau, 5 figures.

0 BRGM. 2000, ce document ne peur etre reproduit en Lotdile ou eii partie sans ïaurorisation expresse du BKGM

2 Rapport BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnerneni el risques de pollution du captage de Charnagne (Vosges)

Synthèse

Dans le cadre de l’appui technique du BRGM à l’exercice de la police de l’eau, la Mission interservices de l’eau (MISE) du département des Vosges a demandé l’étude de l’hydrogéologie, de l’environnement et des risques de pollutions du captage d’AEP de Chamagne (Vosges). Cette demande est motivée par l’observation d’une mauvaise qualité chronique de l’eau du captage : la concentration en nitrates fluctue de façon saisonnière (20 à plus de 50 mgil), dépassant régulièrement la concentration maximale admissible (CMA) pour ce paramètre (50 mg/l).

L’étude montre que le captage de Chamagne est soumis à une pollution diffuse d’origine agricole qui a pour principale caractéristique d’atteindre rapidement le captage, en raison de la grande vulnérabilité de l’aquifère (faible profondeur de la nappe captée et forte perméabilité du matériau aquifère). Par ailleurs, le type d’assolement pratiqué aux abords est à comportement très tranchés vis à vis des apports de nitrates aux eaux souterraines : maïs (apport important) / prairie (apport faible ou nul). Il en résulte une forte variabilité des teneurs en nitrates au captage, de 20 à plus de 50 mg/l, suivant les saisons ou les années.

Par ailleurs, le captage est situé dans l’axe d’un écoulement souterrain qui recueille non seulement les eaux des alluvions récentes situées à l’amont (au Sud), mais aussi les eaux de la terrasse des alluvions anciennes. Cette terrasse domine, à l’Est de la route D9, la plaine alluviale de la Moselle. La zone susceptible d’influer sur la qualité des eaux du captage dépasse donc largement la seule plaine alluviale de la Moselle, en particulier du fait des apports des ruisseaux du Grand Bief et du Genêt, cours d’eau qui s’infiltrent en toutes saisons dans les alluvions récentes.

Les mesures à prendre pour protéger la ressource alimentant le captage de Chamagne sont des mesures de proximité (mesures agri-environnementales et de protection rapprochée) et de protection éloignée :

- Mesures de proximité : il s’agit de la mise en herbe de quelques dizaines d’hectares à l’amont hydraulique immédiat du captage (au Sud), et de la mise en conformité de certains points ou installations présentes dans cette zone de proximité.

Mesures de protection éloignée : à mettre en place sur l’ensemble de la zone d’alimentation, elles concernent notamment le risque de déversement d’un polluant suite à un accident sur la route D9 (étanchéification des fossés et mise en place de 2 bacs de rétention), et le risque de déversement dans le ruisseau du Genêt d’un polluant issu de la zone industrielle de Charmes (contrble du système de traitement et mise en place d’un bac de rétention le cas échéant).

-

Enfin il convient de signaler que le captage de Chamagne ne prélève qu’une très faible part de la ressource contenue dans les alluvions récentes de la Moselle sur la commune de Chamagne, ressource qui est abondante. A ce titre, il convient de la protéger efficacement en vue de besoins futurs.

Rappod BRGM/RP-50102.FR 3

4

Hydrogéologie. environnernenl el risques de pollution du caplage de Charnagne (Vosges)

Rappori BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie. environnement et risques de pollution du caplage de Charnagne (Vosges)

Som mai re

Synthèse .......................................................................................................................

Sommaire .....................................................................................................................

Liste des figures ..........................................................................................................

Liste des tableaux .......................................................................................................

Introduction ................................................................................................................ 1 . Etude documentaire ............................................................................................... 1.1 Situation generale.~ ................................................................................................

1.3 Qualite de l’eau ................................................................... .....

1.2 Caractéristiques du captage ..................................................................... . ,

2 . Observations de terrain ......................................................................................... 2.1 Environnement immédiat du captage ....................................................................

2.2 Occupation du sol aux environs du captage ...................................

2.3 Observations hydrogéologiques .... ...................................................................

3 . Etude de la vulnérabilité de l’aquifère ................................................................. 3.1 Nature géologique de l’aquifère

3.2 Niveaux piézométriques ................... ...........................................................

3.3 Bassin d’alimentation de l’aquifère ...........................................

3.4 Vitesse de l’écoulement souterrain ........................................ ...................

3.5 Conséquences SUT la qualité de l’eau ..............

3 ~ 6 Comparaison à d’autres aquifères ............................. ...................... 3.6.1 Captages d‘AEP du département de l’Yonne ................................. 3.6.2 Sites expérimentaux sur les plateaux lorrains ..........................................

4 . Recommandations .................................................................................................. 4. 1 Mesures agri-environnementales ..................................................................

4.2 Mesures de protection rapprochée ..................................................................

4.3 Mesures de protection éloignée ..................... ................................................... 4.3.1 Risque lié à laroute D9 .... .................................................................... 4.3.2 Risque lié à la zone industrielle de Charmes ...........................................

Conclusion ...................................................................................................................

3

5

6

6

7

9

9

9

12

17

17

17

20

23

23

23

23

25

25

26 26 27

29

29

29

30 30 30

31

Sources des données ................................................................................................... 35

Rappori BRGM/RP-50102-FR 5

Hydrogéologie, environnement et risques de pollulion du caplage de Chamagne (Vosges)

Liste des figures

Figure 1 - Situation de la zone étudiée (extrait de carte IGN au l / l O O 000) ............ 10

1 1 Figure 2 ~ Coupe technique du puits de captage d’AEP de Chamagne .................... Figure 3 - Evolution de la concentration en nitrates et de la conductivité à 25 “C

mesurée dans l’eau provenant du captage de Charnagne ........................ 14

18

31

Figure 4 ~ Emplacement des points d’observation (visite du 12/10/99) ...................

Figure 5 ~ Carte de zonage pour la protection du captage d’AEP de Chamagne ......

Liste des tableaux

Tableau 1 - Analyses d’eau provenant du captage de Chamagne ( N 0 3 , fer, . . , conductivite) ........................................................................................... 13

6 Rapporl BRGMRP-50102.FR

Hydrogéologie, environnemeni et risques de pollution du capiage de Chamagne (Vosges)

Introduction

Dans le cadre de l’appui technique du BRGM à l’exercice de la police de l’eau, la Mission interservices de l’eau (MISE) du département des Vosges a demandé l’étude de l’hydrogéologie, de l’environnement et des risques de pollutions du captage d’AEP de Chamagne (Vosges).

Cette demande est motivée par l’observation d’une mauvaise qualité chronique de l’eau du captage : la concenlration en nitrates fluctue de façon saisonnière (20 à plus de 50 mg/l), dépassant régulièrement la concentration maximale admissible (CMA) pour ce paramètre (50 mg/l).

Les administrations concernées (DDASS et DDAF) souhaitent connaître l’origine de ces nitrates afin de prendre des mesures de protection adaptées, notamment dans le cadre de la mise en conformité avec la nouvelle réglementation des périmètres de protection.

L’étude présentée vise donc d’une part àdéterminer l’origine de cette pollution, et d’autre part à proposer des mesures de protection du captage et de la ressource captée^

Rapport BRGM/RP-50102-FR 7

Hydrogéologie, environnement et risques de pollulion du captage de Chamagne (Vosges)

Rapporl BRGM/RP-50102.FR


1. Etude documentaire

Cette première partie synthétise les informations écrites ou orales recueillies à la Banque de données du sous-sol du BRGM, aux DDAF et DDASS des Vosges, et à la inairie de Chamagne.

1.1 SITUATION GENERALE

La commune de Chamagne est située en bordure de la Moselle, sur sa rive droite. Elle est limitrophe, au Nord, avec le département de la Meurthe-et-Moselle, et se trouve à 30 km au Nord d'Epinal. Le captage de Chamagne est le seul captage alimentant cette commune qui compte 400 habitants. II est exploité en régie directe par la commune.

Le captage se trouve dans la plaine alluviale de la Moselle, sur ses alluvions récentes. Il capte la nappe contenue dans ces alluvions. II est situé à 650 m de la berge de la Moselle. Entre la Moselle et le captage s'étendent d'anciennes gravières en eau. La gravière la plus proche du captage se trouve à 300 m à l'Ouest de celui-ci (figure 1).

Les forages réalisés dans la plaine alluviale pour la recherche de granulats montrent que ces alluvions ont une puissance généralement comprise entre 6 et 7 in, pouvant aller jusqu'à près de 10 m. Les alluvions reposent sur les argiles du Keuper (Trias supérieur). Les niveaux d'eau observés dans ces forages se situent entre 2 m et 3,50 m sous la surface du sol.

A environ 1 O00 m à l'Est du captage se trouve un talus dominant d'environ 5 à 15 m de dénivelée la plaine des alluvions récentes. II s'agit de la terrasse des alluvions anciennes de la Moselle. Le rebord de cette terrasse suit, du Nord au Sud, sensiblement le tracé de la route D 9 de Chamagne à l'entrée Nord de Charmes.

1.2 CARACTERISTIQUES DU CAPTAGE

Le captage de Chamagne (indice national 304-2X-0026) a été réalisé en 1961. C'est un puits de 6,90 m de profondeur et de diamètre intérieur 600 mm, crépiné de 4,90 m à 6,SO m. La figure 2 en donne la coupe technique.

Sa coupe géologique est donnée ci-dessous, de haut en bas depuis la surface :

- - -

0,OO à 0,30 m : limons et terre végétale 0,30 à 6,70 m : sable et graviers 6,70 à 6,80 m : argile rouge du Keuper.

En octobre 1961, des essais de débit à 16 et 24 m'ih durant 72 h ont donné les résultats suivants :

Rapport BRGM/RP-507 02-FR 9

Hydrogéologie, environnemenl et risques de pollulIon du captage de Chamagne (Vosges)


Hydrogéologie. environnement et risques de pollution du captage de Chamagne (Vosges)

Figure2 - Coupe technique du puits de captage d'AEP de Cltamagne (indice national : 304-2X-0026)



-

-

-

Niveau piézométrique avant le pompage : 2,60 in/sol Rabattement de 0,54 m pour 16 m'/h et 3,15 m pour 24 m3/h Transmissivité calculée : 9,3.10-j m2/s, soit, avec une épaisseur d'alluvions mouillées de 4,lO m, une perméabilité de ces alluvions de 2.3. IO" mis .

Ces résultats indiquent qu'à 24 m3/h, le débit critique est nettement dépassé ; le débit d'exploitation doit donc rester nettement plus faible que cette valeur ; la transmissivité est bonne el confirme la forte perméabilité du matériau aquifère.

Le débit d'exploitation en 1974 était de I O m3/h et 4 h par jour

Le captage a fait l'objet d'un rapport d'hydrogéologue agréé avec définition de périmètres de protection (Demassieux, 1974). Les périmètres de protection définis dans ce rapport ont fait l'objet d'une D.U.P. par arrêté préfectoral du 30 décembre 1977.

1.3 QUALITE DE L'EAU

En août 1961, une analyse réalisée sur l'eau du forage de reconnaissance montrait que l'eau était assez peu minéralisée, très légèrement agressive et à teneur en fer légèrement supérieure à la CMA actuelle (0,2 mgil) :

- résistivité à 20°C : 5212 ohmsicm - résidu sec 105-110°C : 185 mg/l - pH (sur eau brute) : 6,85 - dureté totale (T.H.) : - fer dissous : 0,28 mgil

9,5"F sur eau brute et 145°F après essai au marbre

Ces caractéristiques étaient conformes à ce que l'on pouvait prévoir compte tenu de la nature du matériau aquifère.

Le tableau 1 montre les résultats des analyses de contrôle réalisées par la DDASS entre 1977 et 1999 sur l'eau provenant du captage de Chamagne, pour les nitrates, le fer et la conductivité.

La plus faible concentration en nitrates a été observée le 27/04/1982 (9,9 mgil). Depuis 1983, les valeurs oscillent entre 20 mgil et plus de 50 mgil (figure 1). Les plus fortes valeurs ont été mesurées le 11/02/1997 (57,7 mg/l) et le 12/02/1998 (54,6 mg/l). Entre 1983 et 1999, 12 mesures ont été supérieures à 40 mg/l, dont 4 supérieures à 50 mgil, et 10 mesures ont été inférieures à 25 mgil. Sur les dix dernières années, il n'y a pas de tendance à l'augmentation.

Sur une même année, l'amplitude de variation de la concentration peut être importante, proche de l'amplitude maximale :

-

- -

-

en 1994 (2 mesures), 45.7 mg/l le 08/03 et 20.3 mg/l le 12/12 en 1995 (2 mesures), 44,4mg/l le 14/03 et 21,8 mg/l le 15/06 en 1997 (4 mesures), 57,7 mg/l le 11/02 et 21.2 mg/l le 2811 1 en 1998 ( 5 mesures), 54,6 mg/l le 12/02 et 22.0 mg/l le 02/09


Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du caplage de Chamagne (Vosges)

conductivité (à 25°C en pSlcrn)

5212 ohmkm

Tableau1 - Analyses d'eau provenant du capiage de Chamagne (N03, fer, conductivite'). Le captage de Charnangne (indice national : 304-2X-0026) a été réalisé en 1961 et est exploité pour l 'AEP.

II apparaît donc que les fortes teneurs s'observent en saison de recharge de la nappe (hiver), et les faibles teneurs en saison de vidange (été et automne). Ceci témoigne que les variations de la teneur en nitrates suivent les cycles annuels d'alimentation et de vidange de l'aquifère, sans déphasage marqué.


Hydrogéologie. environnemenl el risques de pollution du captage de Chamagne (Vosges)

Evolution de la concentration en nitrate mesurée dans I’eau provenant du captage de Chamagne (indice national 304-2X-0026)

40

30

20

10

O

50

.......................

............ .................................................

Evolution de la conductivité à 25 “C mesurée dans l’eau provenant du captage de Chamagne (indice national 304-2X-0026)

450

400

350

300

250 ~

200

150 ~~ ~~~

1 O0 ~~~ ~~

50 ~ ~~ ~

Figure 3 - Evolution de la concentration en nitrates et de la conductivité à 25 O C

mesurée dans l’eau provenant du captage de Cltamagne (indice national304-2X-0026)

14 R a p p o ~ BRGM/RP-50102.FR


La conductivité électrique de l'eau est moyenne. Pour pouvoir être comparées, les valeurs de conductivité du tableau 1 doivent être corrigées de l'effet de la température : i l faut ainsi ramener à 25°C les 15 premières mesures du tableau 1 qui ont été faites à 20°C (le facteur de conversion est 1,116, cf. "L'Analyse de l'Eau", Jean Rodier, Selne édition, 1996, pp. 59, 60 et 61).

II apparaît alors que l'évolution de la conductiviié est grossièrement corrélée i celle de la concentration en nitrates (figure 3) : la valeur la plus basse a été observée le 27/04/1982 (188 pS/cni à 2 0 T , soit 210 pS/cm à 25"C), et la plus forte valeur l'a été le 11/02/1997 (398 psicm à 25 OC). Depuis 1983, la conductivité a 25 "C varie entre 250 et 400 VSicm. Comme pour la concentration en nitrates, il n'y a pas de tendance à l'augmentation sur les dix dernières années.

Rapport BRGMRP-50102.FR 15

16


Rapporî BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnement et risques de pollulion du captage de Chamagne (Vosges)

2. Observations de terrain

Les observations ont été faites lors de la visite de terrain du 12 octobre 1999. Elles concernent le captage, l'environnemeni et l'hydrogéologie du site'.

2.1 ENVIRONNEMENT IMMEDIAT DU CAPTAGE

Le captage est abrité dans un petit bâtiment surélevé d'environ 1 m par rapport au terrain naturel. Il est au centre du périmètre de protection immédiate, ce dernier formant un carré d'environ 20 m de côté. Le périmètre immédiat est enherbé et sa clôture est continue. Il est bordé :

- Au Nord par le chemin de desserte qui se poursuit vers les anciennes gravières reconverties en étangs de pêche ; de l'autre côté de chemin, vers l e Nord, s'étend un pré dans lequel se trouve un ancien forage, à environ 20 m du chemin.

A l'Ouest par une lande de genêts qui se prolonge sur plusieurs dizaines de mètres.

A l'Est par des prés.

-

2.2 OCCUPATION DU SOL AUX ENVIRONS DU CAPTAGE

L'environnement du captage est presque exclusivement agricole sur au moins 1 km vers le Nord et le Nord-Est, et sur 2 km vers le Sud et le Sud-Est ; au delà, vers le Sud-Est, s'étendent des bois et la zone industrielle de Charmes.

Les seules exceptions sont :

- d'une part, des bois qui occupent la plus grande partie de la zone des anciennes gravières et des berges de la Moselle - zone qui commence à 250 m à l'Ouest du captage ;

d'autre part, l e bourg de Chamagne qui s'étend à l'Est du captage, entre 500 m et 1200 m de celui-ci.

-

L'occupation agricole du sol se partage entre les prés et les cultures. Lors de la visite, les parcelles en culture éiaient labourées et, au vu des débris qui restaient à terre, on peut dire qu'il s'agissait, dans l a quasi totalité des parcelles, de maïs ; seules quelques rares parcelles, non loin des points 10 et 11, n'étaient pas déchaumées et montraient du blé.

Remarque : l'emplacement des poinls d'observation cités dans le texte (points 1 , points 2, eic . . . ~ . ) est indique sur la cafle de la figure 4 .

1



Figure 4 - Emplacemenl des points d’observation (visite du 12/10/99)

18 R a p p o ~ BRGM/RP-50102-FR


Les parcelles en culture les plus proches du captage se trouvent à 200 m à l'Ouest, à environ 200 m à l'Est et à moins de 1 00 m au Sud. Dans le demi-cercle Sud de 500 m de rayon autour du captage, les parcelles en culture semblent occuper au moins 50 % de la surface (évaluation lors de la visite de terrain), le reste étant occupé par des prés. Au delà vers le Sud, c'est à dire entre l a route D9 à l'Est, les bois bordant la Moselle à l'Ouest et la limite communale CharnagneiCharmes au Sud, la proportion de cultures semble moins forte mais doit avoisiner 25 % de la surface.

La DDASS signale que des tas de fumiers sont parfois entreposés aux abords du captage, puis enlevés.

La mairie de Chamagne indique que la proportion de cultures aux abords du captage a tendance à augmenter d'années en années. Les cultures s'intègrent dans un assolement de type prairie/maïs fourrager.

La mairie indique également que la zone indusirielle de Charmes, située à 2000 m et au delà au Sud-Est du captage, est équipée d'un réseau d'assainissement géré par la Compagnie Générale des Eaux, mais que des trop-pleins se déversant dans l e ruisseau du Genêt pourraient exister. A ce sujet, en janvier 1984, un rejet de fuel par la société T U N E , établie sur la zone industrielle, entraîna une pollution du ruisseau du Genêt, sensible au moins jusqu'à la ferme de Saulcy.

Enfin, s'agissant d'un captage en plaine alluviale, il importe de connaître les risques d'inondations. La mairie de Chamagne précise que lors des grosses crues de la Moselle, l'eau s'avance jusqu'à 200 ou 300 m du captage mais le captage lui-même, dans les années récentes n'a jamais été inondé (mais rien ne peut ètre dit pour les années plus anciennes).

Quelques sources potentielles de contamination ont été repérées lors de la visite sur le terrain :

point 7 : dans cette gravière en eau on voit unjerrican, type jerrican de fuel (vu de loin).

point 8 : toute cette zone est une ancienne installation de traitement des graviers extraits (tri, ....) encore probablement partiellement en service (présence d'une une aire où sont stockés plusieurs tas de graviers frais) ; on y trouve des silos pour les graviers avec un ancien tapis roulant montant, un ancien transformateur EDF, des bidons d'huile (vides probablement), des fûts de mazout (vides probablement), d'anciens réservoirs d'engins, des moteurs usagers, un ancien poste de distribution de carburant avec une cuve encore en place, une bascule pour remorques (qui semble encore en service), etc .....

point 9 : grand bâtiment fermé (15 m x 30 ou 40 m) ; les vitres permettent de voir l'intérieur ; le sol intérieur es1 bétonné, un engin de travaux public y est garé en état de marche ainsi que des pièces de fer ; à l'extérieur de ce bâtiment et contre son mur Sud, se trouve une aire bétonnée où sont entreposés de nombreux fûts qui semblent vides mais avec des traces noirâtres sur le sol de l'aire et un transformateur électrique (hors service ?) non protégé par un bâtiment ; en son milieu, cette aire bétonnée est creusée d'une fosse d'environ 1 m de large, 1,20 m de profondeur et I O à 15 m de long ; le fond de cette fosse est couvert de traces noirâtres ou rouille et supporte quelques :fûts ; ce

Rapport ERGM/RP-50102-FR 19

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du caplage de Chamagne (Vosges)

bâtiment comme la zone ci-dessus (point 8) semblent encore plus ou moins en service (un employé de passage sur ce site confirme que ces installations sont encore utilisées pour stockage).

point 10 : poste de pipeline sous pression.

point i l : aire avec gravats et débris de bois

point 15 : station d'épuration ; le rejet de la station se fait dans le ruisseau qui coule juste derrière elle ; le rejet lors de la visite avait un débit de 2 à 4 l/s (évaluation visuelle) ; à l'amont du rejet, le débit du ruisseau était nul ; au droit du rejet et à l'aval, le lit du ruisseau est encombré de boues nauséabondes et ses berges sont couvertes d'orties.

2.3 OBSERVATIONS HYDROGEOLOGIQUES

point 1 : bois marécageux (saules et traces de présence temporaire d'eau ; pas d'eau le jour de la visite) dont le sol est à environ 1,5 m en contrebas du chemin et des champs environnants (ancienne gravières ?)

point 2 : dans un pré, buse en ciment (diamètre : 1 m) qui dépasse le sol d'environ 0,50 m (ancien forage agricole ?) et, à 10 m plus à l'Ouest, tube piézométrique dépassant le sol d'environ 1 m.

points 3, 4 et 5 : anciennes gravières en eau , le niveau de l'eau est à environ 1,80 m à 2 m sous le sol naturel ; les talus de ces anciennes gravières laisse apparaitre la formation géologique : galets jusqu'à 10 cm essentiellement de granite ou de roches apparentées et, en proportions moins abondantes, surtout roche rouge lie de vin (grès vosgien) et quartz filonnien ; matrice constituée de sable ; certaines de ces anciennes gravières semblent reconverties en étangs de pêche.

point 6 : berge de la Moselle ; ses alluvions en lit vif sont du même type que celles observées dans les talus des anciennes gravières ci-dessus (galets grossiers et sable) et il apparaît que son lit et ses berges ne sont pas colmatés par des produits Fins (limoneux ou argileux) ; le niveau de l'eau semble être légèrement plus bas que le niveau de l'eau dans les anciennes gravières.

point 12 : en ce point le ruisseau est sec (débit nul).

point 13 : dans un pré, ancien puits (hors service ?)

point 14 : en ce point le débit du ruisseau est d'environ 2 lis (évaluation visuelle) ; son lit (fond et parois) est bétonné.

point 16 : en ce point et de part et d'autre sur au moins plusieurs dizaines de mètres, le débit du ruisseau est nui et son lit est très peu marqué et enherbé ; ceci témoigne d'un écoulement temporaire et peu fréquent (probablement seulement lors des plus fortes pluies).

20 Rapporl BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnemenl el risques de pollulion du captage de Chamagne (Vosges)

point 17 : haie très large qui borde un lit de ruisseau sec lors de la visite : par son aspect, ce lit de misseau ne doit connaître, comme le précédent, que des écoulements très temporaires.

point 18 : en ce point, ruisseau à débit nul lors de la visite ; lit de galets

point 19 : en ce point ruisseau à débit nul lors de la visite ; l i t envahit par les orties et autres plantes.

point 20 : en ce point, le débit du ruisseau est d'environ 2 I/s (évaluation visuelle) e l cet écoulement se poursuit à l'Ouest de la route D 9 ; son lit entaille le sol naturel d'environ 1 m et ces berges laissent voir des limons sur toute leur hauteur.

point 21 : en ce point et de part et d'autre sur au moins plusieurs mètres, le lit du ruisseau est en eau sur plus d ' l m de large mais la vitesse du courant est imperceptible et le débit non évaluable ; le lit est encombré de roseaux et d'autres plantes marécageuses ce qui semble indiquer que cet affleurement d'eau est permanent et qu'il doit s'agir de la surface piézométrique de la nappe des alluvions récentes.

point 22 : en ce point, le débit du ruisseau du Genêt est d'environ 10 Us (évaluation visuelle) ; il coule sur des galets où la proportion de quartz filonnien est plus forte et la proportion de roches granitiques plus faible qu'aux points 3 , 4 et 5 ci-dessus ; à une dizaine de mètres à l'amont du pont de la route D 9 et en rive gauche, la berge recoupe un niveau d'argile sous les galets.

point 23 : en ce point, le débit du ruisseau du Genêt est d'environ 1 I/s (évaluation visuelle).



22 Rapport BRGM/RP-50102.FR

HydrogBologie, environnement et risques de poilulion du capfage de Chamagne (Vosges)

3. Etude de la vulnérabilité de l'aquifère

3.1 NATURE GEOLOGIQUE DE L'AQUIFERE

Les alluvions récentes de la Moselle sont très grossières, constituées de galets qui atteignent couramment 10 cm dans leur plus grande dimension. Ces galets sont constitués de roches vosgiennes avec prédominance du granite ou roches apparentées et accessoirement grès rouge et quartz filonnien (cf. étude documentaire et points 3, 4, 5 et 6 ) . La matrice de ces alluvions est constituée de sable. Compte tenu de ces caractéristiques, ce matériau est perméable et pauvre en calcaire. Dans la plaine alluviale, ces alluvions grossières ne sont pas recouvertes de limons, comme le montrent les observations de terrain (les galets sont très abondants dans les labours et les terres y sont légères).

3.2 NIVEAUX PIEZOMETRIQUES

Les niveaux d'eau observés (cf. étude documentaire et points 3, 4 et 5) sont compris entre 2 m et 3,50 m sous la surface du sol.

3.3 BASSIN D'ALIMENTATION DE L'AQUIFERE

Le bassin d'alimentation de la ressource sollicitée par le captage de Chamagne est limité (figure 4) :

- - à l'Est, par le talus de la terrasse des alluvions anciennes, soit

- -

à l'Ouest, par la Moselle ;

approximativement le tracé de la route D9 ; au Nord, par le parallèle passant par le captage ; au Sud, par la zone industrielle de Charmes (plus au Sud la terrasse des alluvions anciennes se rapproche de la Moselle et la plaine d'alluvions récentes voit sa largeur se réduire à 200 ou 300 m) ;

soi1 une zone située dans les alluvions récentes de la Moselle de 500 à 1500 m de large (d'Ouest en Est) et de 2700 m de long (du Nord au Sud). Cette zone d'environ 270 hectares peut être considérée comme une unité aquifère indépendante.

L'ensemble de la zone est drainée par la Moselle. Cependant, à l'aval de la ferme de Saulcy, on remarque une légère dépression axiale empruntée par le ruisseau du Genêt. Cette dépression doit marquer un ancien lit de la Moselle, et il est fortement probable qu'elle doit marquer aussi un axe préférentiel pour l'écoulement souterrain du Sud-Est vers le Nord-Ouest. Le captage se trouve à l'uval de cet écoulement et sensiblement sur son axe.

Rapport BRGM/RP-50102.FR 23


L'alimentation de la zone se fait selon trois modes :

1) Par infiliraiion des eaux dc pluies sur l'ensemble de sa surface (précipitations efficaces), soit environ 810.000 m3/an (hauteur moyenne annuelle de pluies efficaces évaluée à 300 mm).

2) Par apport d%au de la Moselle en périodes de fortes crues. Durant ces périodes, le sens de l'écoulement s'inverse, la Moselle alimente la nappe au lieu de la drainer. Cette inversion du sens de L'écoulement ne doit cependant se produire que lors des fortes crues c'est à dire suivant une périodicité très irrégulière. Le chiffrage de cet apport est difficile à évaluer (il peut être nul certaines années).

3) Par pertes dans la zone des ruisseaux issus des alluvions anciennes (déversement de la nappe des alluvions anciennes dans celle des alluvions récentes). Les observations de terrain montrent que cet apport est, d'une part, loin d'être négligeable et, d'autre part, permanent. Trois émergences drainant les alluvions anciennes ont été repérées (figure 4):

-

-

-

le ruisseau du Genêt (point 22 : 10 lis) le ruisseau du Grand Bief (point 20 : 2 lis) à Chamagne, le ruisseau du point 14 (2 lis)

Les deux premiers se perdent totalement dans les alluvions récentes à quelques centaines de mètres à l'aval de la ferme de Çaulcy (points 16, 17, 18, 19 et 12 à débits nuls) ce qui donne 12 lis d'alimentation de la nappe des alluvions récentes par celle des alluvions anciennes, soit près de 400.000 m3ian. Cette évaluation est par défaut car :

elle ne tient pas compte des émergences par suintements diffus le long du talus de la terrasse des alluvions anciennes, suintements qui ne peuvent aussi que se perdre à l'aval dans les alluvions récentes ;

elle repose sur des évaluations de débit faites en étiage. En hautes eaux, les débits des ruisseaux sont plus forts, et les pertes se produisent aussi, sauf si la surface piézométrique de la nappe des alluvions récentes vient à affleurer. Or, il semble que ce soit rarement le cas, puisque la zone n'est pratiquement jamais inondée, et que le lit du ruisseau du Genêt au point 16 est très peu marqué, témoignant d'un écoulement qui ne doit se produire que quelques jours par an.

-

Quant au ruisseau du point 14 (sortie Ouest du bourg de Chamagne), les observations de terrain ne permettent pas de dire s'il a ou non des pertes à l'aval ; il s'écoule dans une zone en légère cuvette (autre ancien lit de la Moselle ?) orientée vers le Nord-Ouest, où l'écoulement de la nappe se fait probablement suivant cet axe, ce qui l'éloigne du captage (figure 4).

24 Rapporl BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du caplage de Charnagne (Vosges)

II apparaît donc que le hassin d'alinientation de la nappe des alluvions récentes de lu Moselle au droit du captage de Chamagne comprend lu zone des alluvions récentes considérée ici, d'une surface d'environ 270 hectares, ainsi que les hassins des deux ruisseaux mentionnés, le ruisseau du Grand Biefet le ruisseau du Genêt, qui drainent la nappe des alluvions anciennes. Les limites de ce bassin d'alimentation sont reportées sur la,figure 5. Le captage ne sollicite qu'une trèsfaible part de l'écoulement souterrain mais la qualité de son eau est directement influencée pur les caractéristiques de l'environnement en tous points de ce hassin d'alimentation.

3.4 VITESSE DE L'ECOULEMENT SOUTERRAIN

Le débit de la nappe des alluvions récentes à travers la section d'écoulement passant par le captage peut être évalué par la loi de Darcy en prenant les valeurs suivantes :

- - - -

largeur de la section découlement : L = 1500 m épaisseur mouillée des alluvions : e = 5 m perméabilité des alluvions : K = 2,3.10--' mis gradient hydraulique de la nappe évalué à i = 2%0 = 2.10"

Le débit passant à travers cette section d'écoulement (Q = K.L.e.i), c'est à dire le débit total de l'unité aquifère considérée ici, est de 0,0345 m3/s soit environ 1.087.992 m3/an.

Les valeurs ci-dessus permettent aussi de calculer la vitesse d'écoulement de l'eau dans l'aquifère (V = K.i) : 4,6.10-' m/s soit 0,4 m/j. Cette vitesse est une vitesse de Darcy ; la vitesse réelle des molécules d'eau doit être calculée en tenant compte de l a section réelle de l'écoulement c'est à dire de la porosité efficace que l'on peut évaluer dans cet aquifère a 10 %. L'ordre de grandeur de la vitesse réelle de l'eau, donc celle ù prendre en compte si l'on veut évaluer le temps de transjert d'une polluiion, est donc de 4 m/J

3.5 CONSEQUENCES SUR LA QUALITE DE L'EAU

La faible profondeur de la surface piézométrique de la nappe (2 à 3 m au plus), la forte perméabilité du matériau aquifère (1 à 3.10-3 m/s), l'absence de recouvrement peu ou pas perméable (pas de limons argileux), et enfin le faible volume de l'aquifère (épaisseur des alluvions mouillées : 4 à 7 m seulement), tous ces faits hydrogéologiques entraînent inévitablement :

- des transferts rapides entre la surface du sol et l a zone saturée ;

un renouvellement relativement rapide du volume d'eau contenu dans l'aquifère, c'est à dire une absence de régulation des apports.

-

Ainsi, la nappe des alluvions récentes est soumise à une pollution diffuse d'origine agricole qui l'atteint rapidement en raison de la grande vulnérabilité de l'aquifère.


Hydrogéologie, environnernenl et risques de pollulion du captage de Charnagne (Vosges)

Par ailleurs, le type d'assolement en usage sur la plus grande partie d u bassin d'alimentation est du type maïs/prairie, qui induit une alternance d'années à forts apports d'azote et à entraînement des reliquats (du fait d'un sol nu en fin de saison) et d'années à apports moins forts d'azote et à possibilité de piégeage des reliquats (du fait d'une couverture végétale permanente quelle que soit la saison).

Tout ceci concourt à l'existence de fortes variations annuelles de la concenlration en nitrates dans la plaine alluviale de la Moselle de Chamagne.

Il semble que la concentration de 20 mgil de nitrates mesurée au captage corresponde à l'apport en nitrate de l'ensemble du bassin d'alimentation. Cette valeur doit correspondre à une proportion culture/herbe qui, globalement sur l'ensemble du bassin, doit peu varier d'une année sur l'autre. Les pointes à 50 mgil sont probablement dues au type d'occupation du sol de l'année à proximité du captage.

Une autre cause pourrait provoquer des chutes temporaires de teneur en nitrates de l'eau de I'aquifère. On a vu que l'aquifère peut être alimenté par la Moselle lors de ses plus fortes cmes. Or, l'eau de cette dernière est peu chargée en nitrates : une station de mesure de la qualité de l'eau de la Moselle, est située à Bainville-aux-Miroirs (Meurthe- et-Moselle), à 4 km seulement à l'aval de Chamagile. La teneur en nitrates de l'eau de la rivière y est mesurée chaque mois. De mars 1992 à décembre 1998 (82 mesures), les teneurs en nitrates n'ont jamais atteint 10 mg/l (sauf 2 fois : 14,l mgil le 12/08/1993 et 34,6 le 10/06/1997), et se tiennent la plupart du temps entre 5 et 8 mg/l (Données fournies par la Banque de données sur l'Eau dans le bassin Rhin-Meuse, gérée par l'Agence de l'eau Rhin-Meuse).

Cet apport d'eau peu chargée en nitrates se fait cependant au hasard des plus fortes crues, donc sans la périodicité des épandages (ou des non épandages) de nitrates, des cycles annuels recharge-vidange de l'aquifère, et des variations cycliques des teneurs en nitrates mises en évidence au captage.

3.6 COMPARAISON A D'AUTRES AQUIFERES

3.6.1 Captages d'AEP du département de l'Yonne

Une étude portant sur la totalité des captages dAEF' du département de l'Yonne a été menée par le BRGM Bourgogne (Service Géologique Régional), en partenariat avec l'INRA-SAD de Dijon (rapport BRGM R 40030, 1998). L'étude de 250 chroniques de concentration en nitrates (longues pour la plupart de 30 ans) a mis en évidence que près de la moitié des captages présentent une évolution en dents de scie de leurs concentration en nitrates avec, d'une année sur l'autre, des amplitudes de valeurs pouvant atteindre 20 ou 30 mg/l.

26 Rappori BRGM/RP-501 OZ-FR


Des études plus fines ont été menées sur certains captages, notamment le caplage d'AEP de la Fontaine Saint-Martin, en plaine alluviale également (commune de Bonnard- Bassou, Yonne). Les mesures de concentration en nitrates plus nombreuses (publications de I'INRî-SAD de Dijon, 1995-1996) ont mis en évidence des cycles annuels d'évolution avec, chaque année, de fortes augmentations en période de recharge et de fortes baisses en période de vidange, avec des maxima pouvant atteindre le double des minima.

3.6.2 Sites expérimentaux sur les plateaux lorrains

La station INRA de Mirecourt (Vosges) suit, depuis 9 ans, plusieurs bassins expérimentaux en limite des départements des Vosges et de la Meurthe-et-Moselle. Ce sont des sources dont les bassins d'alimentation ont été évalués. Les débits des sources et les teneurs en nitrates de leur eau sont mesurés régulièrement (mensuellement) et les pratiques agricoles sur les bassins d'alimentation suivies (communication orale, station INRA de Mirecourt ; Muhar, 1997).

Les résultats des études montrent

- que sur la plupart des bassins versants suivis, les teneurs en nitrates aux sources sont beaucoup plus élevées en période de recharge qu'en période de vidange (certaines sources ne présentent cependant pas cette caractéristique), ce qui est le témoignage d'un transfert rapide des nitrates de la surface vers la nappe ;

qu'une augmentation significative des surfaces en herbe, notamment aux abords de la source, entraîne une amorce de baisse des teneurs en nitrates dès l'année suivante. et que cette baisse se poursuit les années suivantes. C'est le cas des sources captées de Xermaménil, en Meurthe-et-Moselle, (Muhar, 1997). Cependant, sur certaines des autres sources étudiées, les résultats ne sont pas aussi nets.

-

Les bassins étudiés sont calcaires et parfois karstifiés, donc forts différents du site de Chamagne. II n'en demeure pas moins que dans les deux cas, les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques des aquifères permettent des transferts rapides d'éléments dissous : fissures et conduits karstiques dans le premier cas, alluvions particulièrement grossières et nappe peu profonde dans le deuxième.

Rapport BRGMîRP-50102-FR 27

28

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du captage de Charnagne (Vosges)

Rapport BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnemenl el risques de pollution du captage de Chamagne (Vosges)

4. Recommandations

Les risques potentiels de pollution qui pèsent sur le captage de Chamagne sont à rechercher sur la totalité du bassin d'alimentation des alluvions récentes, incluant donc les alluvions anciennes drainées par les ruisseaux du Grand Bief et du Genêt (zone délimitée sur la carte de la figure 5 ) : elle s'étend jusqu'ù plus 1000 m au delù de la route D9 vers l'Est. On donne ci-dessous les risques mis en évidence ainsi que des propositions de mesures protectrices.

4.1 MESURES AGRI-ENVIRONNEMENTALES

Le captage de Chamagne est soumis à une pollution diffuse d'origine agricole qui a pour principale caractéristique d'atteindre rapidement le captage, en raison de la faible profondeur de la nappe captée et de la forte perméabilité du matériau aquifère.

Une mise en herbe de la totalité de la surface comprise entre le captage et une distance de 600 m à l'Ouest. à l'Est et au Sud et 50 Ù 100 m au Nord (zone délimitée sur la carte de la figure 5) devraitpouvoir ramener les teneurs au captage Ù 25 ou 30 mg/l en un an ou deux. La surface concernée est d'environ 30 hectares.

Il ne semble pas utile d'imposer des mesures sur l'ensemble de la zone d'alimentation, mais il conviendrait d'y surveiller l'évolution globale de la proportion de culture et des pratiques culturales.

4.2 MESURES DE PROTECTION RAPPROCHEE

Les anciennes installations repérées aux points 8 et 9 de la visite de terrain doivent Étre mises en conformité fû t s de fuel, anciens transformateurs électriques, etc.).

Par contre il ne semble pas que la station dépuration et le bourg de Chamagne menacent le captage : l'écoulement dans ce secteur se fait vers le Nord-Ouest, donc à l'écart du captage.

II conviendrait de maintenir le statut des anciennes gravières actuellement converties en étang de pêche à louer, qui constitue une certaine garantie pour la préservation de la qualité de leur eau, à deux réserves près cependant :

- en saison de pêche, éviter des pussages trop nombreux devant le captage et interdire le stutionnemenî des voiiures a m abords de celui-ci,

éviter que les gravières en euu ne reçoivent des déchets (point 7). -

Rapport BRG M/RP-50 102-FR 29

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du caplage de Charnagne (Vosges)

4.3 MESURES DE PROTECTION ELOIGNEE

4.3.1 Risque lie a la route D9

La route D9 longe le haut de la terrasse des alluvions anciennes~ Cette route a un trafic relativement important et constitue l'une des voies d'accès à la zone industrielle de Charmes. Sur le tronçon allant de la sortie Sud du bourg de Chamagne à la zone industrielle de Charmes (2,5 km de long), les eaux de ruissellement ~ ainsi que tout polluant déversé accidentellement ~ s'écoulent vers les alluvions récentes situées en contrebas, où elles s'infiltrent inévitablement et finissent par atteindre le captage.

Les deux franchissement de ruisseau par la route sont particulièrement sensibles, car ils concentrent le ruissellement (points 20 et 22 de la visite de terrain). Un polluant déversé en l'un de ces points s'écoulera d'abord en surface, pour atteindre en quelques heures au plus la zone des pertes (aval de la ferme de Saulcy), puis de là atteindra le captage distant d'environ 1000 m. Compte tenu de la vitesse de transport estimée à 4 m/j (cf~ paragraphe 3.4). le captage sera atteint en 200 à 250 jours. Le polluant migrera lentement, en contaminant de façon durable la nappe et le captage.

Afin de limiter les risques de pollution accidentelle de la nappe des alluvions, on propose la mise en place de bassins de rétention. de capacité d'environ 50 nz' chacun. munis de systèmes de rétention des composés portants (hydrocarbures, huiles, graisses). Compte tenu de lu topographie, 2 bassins de ce y p e conviendraient, l'un au franchissement du ruisseau du Grand Bief et 1 'autre au fvanchissement du ruisseau du Genêt. Pour amener 1 'eau de ruissellement ù ces bassins, les fossés de la rouie devront être rendus étanche sur le tronçon Chamagne zone industrielle de Charnws~

4.3.2 Risque lié a la zone industrielle de Charmes

II convient de vérifier que le système de traitement des eaux usées de la zone industrielle de Charmes est bien dimensionné pour traiter 1 'ensemble des eaux de ruissellement, des eaux sanitaires et des eaux de process ; son entretien doit être soigneusement assuré. A l'exutoire de ce système, avant rejet dans le ruisseau du Genét, un suivi de la qualité du rejet doit êire mis en place.

Compte tenu de la disposition des lieux, des rejets accidentels provenant de la zone industrielle de Chames peuvent se déverser dans le misseau du Genêt (le cas s'est d'ailleurs déjà produit en 1985, comme il est mentionné au paragraphe 2.2).

A j n d'éviter qu'un tel accident se reproduise, et si le système de traitement des eaux usées de la zone industrielle de Charmes n'est pas dimensionné pour contenir environ 50 m3 de polluants liquides, on recommande la mise en place d'un bac de rétention.

Compte tenu du rôle important que peut jouer le ruisseau du Genêt comme vecteur de pollution, il conviendrait de connaître l'évolution de lu qualité de son eau : des prélèvements pour analyses devraient y être ,fÙit périodiquement aux abords du point 22.

30 Rapport BRGMRP-50102-FR

Hydrogéologie. environnement et risques de pollution du caplage de Chamagne (Vosges)

Légende :

~ 4 / : contour du bassin alimentant la nappe des alluvions récentes du capiage de Chamagne

: cours d'eau à écoulement permanent

\ - : cours d'eau à écoulement iemporaire (pertes dans les alluvions récentes) \ - , - - - '

Figure 5 - . Carte de zonage pour la protection du captage d'AEP de Chamngne


: zone à soumettre à des pratiques agri-environnementales (mise en herbe)

Hydrogéologie, environnemeni et risques de pollution du captage de Chamagne (Vosges)

Conclusion

Le captage de Chamagne est soumis à une pollution diffuse d’origine agricole qui a pour principale caractéristique d’atteindre rapidement le captage, en raison de la grande vulnérabilité de l’aquifère (faible profondeur de la nappe captée et forte perméabilité du matériau aquifère). Par ailleurs, le type d’assolement pratiqué aux abords est à comportement très tranchés vis à vis des apports de nitrates aux eaux souterraines : maïs (apport important) / prairie (apport faible ou nul). Il en résulte une forte variabilité des teneurs en nitrates au captage, de 20 à plus de 50 mg/], suivant les saisons ou les années.

Par ailleurs, le captage est situé dans l’axe d’un écoulement souterrain qui recueille non seulement les eaux des alluvions récentes situées à l’amont (au Sud), mais aussi les eaux de la terrasse des alluvions anciennes. Cette terrasse domine, à l’Est de la route D9, la plaine alluviale de la Moselle. La zone susceptible d’influer sur la qualité des eaux du captage dépasse donc largement la seule plaine alluviale de la Moselle, en particulier du fait des apports des ruisseaux du Grand Bief et du Genêt, cours d’eau qui s’infiltrent en toute saison dans les alluvions récentes.

Les mesures à prendre pour protéger la ressource alimentant le captage de Chamagne sont des mesures de proximité (mesures agri-environnementales et de protection rapprochée) et de protection éloignée :

- Mesures de proximité : il s’agit de la mise en herbe de quelques dizaines d’hectares à l’amont hydraulique immédiat du captage (au Sud), et de la mise en conformité de certains points ou installations présentes dans cette zone de proximité.

Mesures de protection éloignée : à mettre en place sur l’ensemble de la zone d’alimentation, elles concernent notamment le risque de déversement d’un polluant suite à un accident sur la route D9 (étanchéification des fossés et mise en place de 2 bacs de rétention), et le risque de déversement dans le ruisseau du Genêt d’un polluant issu de la zone industrielle de Charmes (contrôle du système de traitement et mise en place d’un bac de rétention le cas échéant).

-

Enfin il convient de signaler que le captage de Chamagne ne prélève qu’une très faible part de la ressource contenue dans les alluvions récentes de la Moselle sur la commune de Chamagne, ressource qui est abondante. A ce titre, il convient de la protéger efficacement en vue de besoins futurs.

Rapport üRGM/RP-50102-FR 33

34

Hydrogéologie. environnement et risques de pollulion du captage de Chamagne (Vosges)

Rappori BRGM/RP-50102-FR

Hydrogéologie, environnement et risques de pollution du captage de Charnagne (Vosges)

Sources des données

Analyses de contrôle de la DDASS des Vosges (bordereaux d'analyses et base CISE- EAU).

Banque du sous-sol du BRGM, Service géologique régional Lorraine, et documentation associée.

Banque de données sur l'Eau du bassin Rhin-Meuse (BERM) (Agence de l'eau Rhin- Meuse).

Demassieux L. (1974) - Commune de Chamagne (88), régularisation des périmètres de protection.

Jauffret D. (1978) - Evolution des teneurs en nitrates des eaux souterraines dans le département de l'Yonne. Rapport BRGM R 40030.

Muhar M-C. (1997) - Efficacité du changement des pratiques agricoles s u la qualité des eaux potables captées, rapport de synthèse final, 2 tomes. INRA-SAD, Mirecourt.

Publications collectives de l'INRA-SAD de Dijon, 1995-1 996.

Réseau national de bassin (RNB) (DIRENISEMA de Lorraine)

Rapport BRGMRP-50102.FR 35

Documents

Hydrogéologie, environnement et risques de