TERRAINS DES OLLIÈRES A L'ÉTRAT (Loire) ÉTUDE HYDROGÉOLOGIQUE ET PROJET DE DRAINAGE

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1 ÉTABLISSEMENTS ÉCONOMIQUES DU CASINO GUICHARD PERRACHON et Cie 24, Rue de la Montât 42 SAINTÉTIENNE / Tél. (77) TERRAINS DES OLLIÈRES A L'ÉTRAT (Loire) ÉTUDE HYDROGÉOLOGIQUE ET PROJET DE DRAINAGE par J. J. COLLIN et D. ROUSSELOT BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P ORLÉANS CEDEX Tél. (38) Service géologique régional JURA ALPES B.P VILLEURBANNE / CroixLulzet Tél. (78) SGN 176 JAL Lyon, Juin 1972

2 RESUME En complément de l'étude géotechnique précédemment effectuée (rapport N 72 SGN 6k JAL), les établissements économiques du Casino ont confié au Service Géologique Régional JURAALPES du B.R.G.M., l'étude des conditions et modalités de rabattement du niveau de la nappe dans le terrain des OLLIERES à (42) l'etrat. Moyens mis en oeuvre Essais d'eau dans des pointes captantes foncées ou dans les sondages de la campagne précédente, ainsi que l'observation directe dans une tranchée. Résultats acquis La très faible perméabilité du matériau aquifère entraine la nécessité de multiplier les drains. Conclusions et développements ultérieurs Un plan de drainage est proposé ; il faudra toutefois veiller lors des travaux de V.R.D. à la réalisation d'un détournement efficace des eaux superficielles. Ingénieur chef d'opération Ingénieurs d'études R. ROIGNOT JJ. COLLIN D. ROUSSELOT Dessinateur Secrétaire J.F. RIEUX j, RIEUX

3 T A B L E D E S M A T I E R E S 1 " ifilq^sîïqs PROBLEME POSE 3 12 ETAT DES LIEUX Cadre hydrogéologique 3 13 SURFACE PIEZOMETRIQUE 4 1k _ RELATION NAPPE CAPTIVE EAUX SUPERFICIELLES 4 2 gab4ttement_de_l4_n^ppe 5 21 ASPECT THEORIQUE 5 22 SURFACE A DRAINER 7 23 DEBITS PAR UNITE DE SURFACE A DRAINER 7 2k PERMEABILITES 8 3 AVANTCR0 ET = DE_RE AU = DE = DR4INAGE CALCUL DES DIAMETRES DES DRAINS TASSEMENTS EVENTUELS DES TERRAINS ' EAUX SUPERFICIELLES 13 k CONCLUSION 13

4 LISTE DES F I G U R E S Fig. 2 Fig. 21a Fig. 21b Rabattement par drainage Drainage transversal Rabattement par drainage LISTE DES P L A N C H E S EN ANNEXE PI. 1 PI. 2 PI. 3 pi. k PI. 5 PI. 6 Ebauche de la surface piézométrique de la nappe ( ) et plan de drainage. Puits ancien. Détermination de la transmissivité Puitspompage. Détermination de la transmissivité. S.2. Détermination de la transmissivité Pointe Jonhson. S.7. Essai de remontée Détermination de la transmissivité. S.8. Détermination de la transmissivité

5 1 INTRODUCTION Dans le cadre de l'aménagement d'un lotissement, les établissements économiques du Casino (Société GUICHARD et PERRACHON) 2k rue de la Montât à St Etienne, ont confié au Bureau de Recherches Géologiques et Minières (Service géologique régional JURA ALPES), l'étude des conditions et modalités de rabattement du niveau de la nappe dans le terrain des OLLIERES à (42) l'etrat, en complément de l'étude géotechnique précédemment effectuée (rapport N 72 SGN 6k JAL). 11 PROBLEME POSE La présence d'eau, de façon permanente, à quelques centimètres du sol d'une zone à construire, pose le problème de l'assainissement ; celuici peut être résolu soit par drainage, soit par pompage. 12 ETAT DES LIEUX 121 Cadre hydrogéologique Suivant la coupe dessinée ciaprès on trouve en surface de la tourbe humide (l'enlèvement de cette faible couche apporte une solution radicale à l'élimination de cette eau superficielle) (i). Sous la tourbe, se trouve un niveau argileux, très peu perméable et dont l'épaisseur est relativement faible (environ 1m). Il sera traversé par les fondations des bâtiments à construire. Sous cette argile, on trouve, une couche de galets et de blocs noyés dans une gangue argileuse Ce niveau géologique est fortement hétérogène (2). Cette formation est aquifère et la nappe contenue y est captive. La surface piézométrique actuelle de cette dernière se confond presque avec la surface du sol. (1)Leterrassement est en tout état de cause nécessaire (cf rapport géotechnique N 72 SGN 6kJAL par E. EVRARD et R. ROIGNOT) (2) Ainsi qu'on a pu l'observer dans une tranchée (cf aussi 3M

6 C'est cette nappe qu'il conviendra de rabattre pour lutter contre l'humidité et permettre la réalisation de soussols. A A/APP TOUZ&â 73 " * o SA1 TS T AÂA/S 3LÜCS La petite plaine des OLLIERES est située en contrebas d'une combe et se trouve ainsi alimentée en eau par 2 un bassin versant de 0,5 km de superficie. A l'aval, elle est drainée par le FURA.N qui impose la cote de l'exutoire de cette nappe. 13 SURFACE PIEZOMETRIQUE Les relevés piézométriques sur les 11 sondages permettent de construire une ébauche de la surface piézométrique de la nappe (cf.pl. 1 en annexe). On remarque un écoulement orienté EstNordEst OuestSudOuest. La pente piézométrique est de 6m pour 500nenviron, soit 1,2 %. 14 _ RELATION NAPPE CAPTIVE EAUX SUPERFICIELLES Les éléments du réseau superficiel existant servent à la fois de collecteurs aux eaux provenant de l'amont et aussi

7 de canaux d 1 irrigation. Ils peuvent de place en place recouper la nappe captive à la faveur d'un surcreusement local ou d'un amenuisement de la couverture argileuse. 2 L'objectif que l'on se fixe est un rabattement de 2m f en valeur moyenne. Ce rabattement peut être obtenu par des drains (écoulement gravitaire simple) ou par pompage ponctuels. Cette deuxième solution exige pour être intéressante que la perméabilité de terrains ne soit pas trop faible. 21 ASPECT THEORIQUE soit au moins de Pour rabattre la nappe de 2m il faut que la profondeur H = 0,2m + 2m + Hc. E distance moyenne du niveau piézométrique au sol rabattement hauteur capillaire RABATTEMENT PAR DRAÎNAGE Fig, 2

8 DRAiNAGE TRANSVERSAL Collecteur 283 (niveau de la nappe) Fig. 21 a croquis théorique RABATTEMENT PAR DRAiNAGE Fig. 21 b Ligne d'eau acfuelle Ligne d'eau souhaitée émissaire coll ccfeur croquis "théorique 72 S SA/

9 E (F représente la flèche de la ligne d'eau Hc = hauteur capillaire 0,3m pour ces terrains q = débit à drainer par unité de surface (m J /s/m ) E = la distance entre drains (m) K = la perméabilité (m 2 /s) H = 2.50m Les drains se raccordent aux collecteurs qui se jettent dans un fossé ou une rivière, (émissaire) (voir fig. 21a). Le niveau de l'eau dans l'émissaire devra se trouver inférieur au niveau des collecteurs (voir fig. 21b). 22 SURFACE A DRAINER La surface qu'il convient de drainer est assimilée à un rectangle de 500m de long sur 185m de large en moyenne, soit 9»25 ha environ, comprise entre le canal (proche de la limite nonaedificandi) et la RN ^ DEBITS PAR UNITE DE SURFACE A DRAINER Pour connaître le débit d'alimentation permanente équivalent, il convient de disposer des valeurs des précipitations infiltrées et de la surface du bassin versant. En l'absence de données précises sur le ruissellement local, et comptetenu de la couverture argileuse une infiltration de 200 mm/an paraît un maximum. Ceci conduit à calculer Q = S X h Q = 0,g.1Q 6 m 2 X 2OO,1Q 3 m = ^^ l/g 31,5.10 s soit par ha à drainer q = "2 ^ 0,35 l/s 9,25

10 8 2k PERMEABILITES Les travaux sur le terrain ont comporté des essais d'eau (pompages ou absorption) sur des pointés captantes et sur le puits fermier (les résultats interprétables de ces différents essais sont donnés en annexe.cf graphiques 2,31k,5f6) Ces essais montrent une perméabilité très faible ou nulle, pour la couche de matériaux détritiques. Sur le plan technologique, les opérations ont été rendues très délicates par le fait que les débits fournis étaient trop faibles pour maintenir des pompes en fonctionnement normal (Q = 50l/heure = 14 cm /s) ; quant aux essais d'absorption, ils n'ont pu être conduits qu'au débit infime de quelques cm /s, Les résultats numériques sont présentés dans le tableau page 9. Nous retiendrons donc comme valeur "moyenne" une perméabilité de 1.10 m/s. Cette faible valeur du coefficient de perméabilité entraînant la multiplication des drains (cf ciaprès), nous avons voulu nous assurer de la représentativité de ces essais. Une tranchée de 10m de long sur 2m de profondeur et 1,2m de large a été creusée. Elle a permis deux observations importantes 1 Le matériau constitutif de l'aquifère est extrêmement hétérogène ; ceci explique le caractère préférentiel de certains cheminements de l'eau. 2 Les venues d'eau étaient localisées dans une zone limitée en hauteur par les argiles de couverture, et à la base par les schistes plus ou moins altérés qui apparaissent pratiquement imperméables. Sur les 10m de tranchée, recoupant "1'aquifère", 7m n'étaient le siège que de suintements, 3m étaient l'objet d'un

11 RESULTATS DES ESSAIS D'EAU TRANSMISSIVITE EN m 2 /s k sur puits 1,15.10 Puits ancien sur piézomètre 6,k.10 PERMEABILITE en m/s h ^ 3 10 OBSERVATIONS Ouvrage en mauvais état Coupe géologique inconnue S 1 1,3.10~ 5 <^T < 2,5.10~ 5 ~ 1 10 J S " 5 ~ " 5 Pompage direct S 7 sur sondage 3,2.10~ sur pointe, Jonhson 4,5.1O~ ~ 2 10 Etude de la redescente après injection S 8 sur points Jonhson 3,8.1O~^ 35 10" 5 idem

12 10 écoulement très faible. La quasi totalité de l'écoulement qui a rempli la tranchée venait de son extrémité sud et se manifestait par une boulance du terrain. La tranchée laissée au repos pendant 16 heures s'est remplie partiellement d'eau (10m ), ce qui équivaut à un débit de 0,620 m 3 /h ou 0,17 l/'s. 3 AV^NTPR0J T = DE = RESEAU_DE_DR4INAGE Le choix de la profondeur des tranchées et de leur équidistance dépend en premier lieu des critères économiques. La solution obtenue devra respecter les conditions supplémentaires suivantes 1 Le niveau de l'émissaire ne doit pas être plus bas que le FURAN qui va recevoir les eaux de drainage. 2 Un approfondissement,des tranchées dans les schistes n'apporte aucune efficacité supplémentaire. Le toit des schistes est en moyenne à 3 > 5m de profondeur à l'amont, et de 2,5m à 1'aval. Le prix du drainage est bien approché par la formulé suivante 2 p = (formule de Porchet) (prix rapporté au m Ci drainé) c représente le prix du mètre de tuyau (drain) fifi a c, b c (d'après Porchet) (ces relations évoluent peu dans le temps). p = (0.27 H H + 1) H dépend de E, par suite P dépend uniquement de E le E rendant P minimum est donné par la relation

13 11 E = É \/ \/oc2 V O.OOO158 V a On en déduit si K = m /s un écartement entre drains de 52m conduisant alors à une profondeur totale des tranchées de Ceci n'est pas acceptable les deux conditions précitées n'étant pas respectées. Avec une hauteur totale de tranchée de 3,20 à 3»5O m i (maximum admissible) on obtient un écartement entre drain de 21 à 30m. On prendra comme écartement 25m On trouvera PLI (annexe) un schéma ébauché du réseau de drai' nage. En premier lieu on détournera directement dans le FURAN les eaux du canal de fuite de l'usine située à l'amont. Le réseau de drainage comporte 2 collecteurs l'un se situe en gros environ sur l'emprise de l'actuel canal de fuite, l'autre suit la limite ouest de la propriété. Le premier reçoit 10 drains représentant une longueur totale de 23^5"i. Le second reçoit quatre, drains totalisant 850m. Les collecteurs ont une longueur de = 720m. 31 CALCUL DES DIAMETRES DES DRAINS tes diamètres des drains (i) sont conditionnés par le débit à évacuer et la pente topographique (cf planche 1 en annexe) L*émissaire final qui recevra les deux collecteurs devra avoir un diamètre d'au moins 70mm, et il faudra que son orifice soit situé audessus du niveau des hautes eaux du FURAN'i Dans les conditions économiques actuelles, le coût d'un tel drainage ressort à environ 150 à frs (2). (1) Dans le cas présent, des drains de 40mm sont surdimensionnes par rapport au débit à éliminer ; il existe des tuyaux plus petits mais il n'est pas prudent de prendre des risques de bouchage accidentel. (2) Estimation sommaire qu'il serait nécessaire de préciser par un calcul économique détaillé.

14 i 12 CALCUL DES DIAMETRES DES DRAINS DENIVEL LATION LONGUEUR PENTE # m m SURFACE CHAINEE ha Çf INTE RIEUR DE DRAIN il en H in DRAIN N 1 M No 2 II J^O O n N 4 M N N 6 a No 7 TOTAL N 8 N 9 0,75! 1,40 2,50 2,50 3,10 5,00 4,40 4,40 4,15 80 î ! ,95! 0,95 1,15! 0,95 1, ,30 1,20 1,20 0,20! 0,37 0,54! 0,65 0,75! 0,85 0,90 0,92 0,85 5, ; 40 4o 4o o n COLLECTEUR SUD ,20 5,93 60 <y DRAIN N I.. Non 11 i N III N IV k 4 3,5 2, ,50 1,80 2,00 2,70 X 0,83 0,62 0,43 0, o TOTAL * 850\ 2,13 COLLECTEUR. OUEST ,45 2,13 50 * Pentes de la partie peu inclinée, après le talus nord, courbe de niveau 447.

15 13 32 TASSEMENTS EVENTUELS DES TERRAINS Le caractère captif de la "nappe" est de nature à provoquer des tassements lors de la baisse de pression et du dénoyage des formations détritiques. Ces tassements pourraient atteindre 10 à 15cm si la granulométrie était fine. Par contre, il semble que le matériau contienne un "squelette" fait de blocs assez volumineux qui ne sont guère susceptibles de se réarranger différemment sous 1! effet d f une chute de pression. Toutefois, les tassements pourraient atteindre 80 à $0 $ de leur valeur à l'issue d'une année de drainage efficace ; il serait donc prudent de procéder aux travaux de drainage, préalablement aux constructions. 33 EAUX SUPERFICIELLES L'élimination des eaux superficielles ruissellement d'un bassin versant de 0,5 km et des eaux de chaussées* parkings, toitures, etc..., á»ra étudiée à l'occasion du projet V.R.D. Il faut cependant d 1 ores et déjà insister sur le fait qu 1 il serait vain de drainer le soussol si des caniveaux insuffisamment étanches réalimentaient 1'aquifère. k CONCLUSION Cette étude montre que l'assainissement par drains est techniquement possible et n'entraine pas de travaux hors du commun. Le réseau du drainage retenu comme étant le plus efficace et le plus économique a les caractéristiques suivantes Profondeur de tranchées 3 à 3,50m Longueur totale du réseau 319m Ecartement des drains 20 à 25m Pente des drains 1 à 2 $ Il serait souhaitable d'autre part qu'une année sépare les travaux de drainage de la construction des immeubles pour pallier les tassements inévitables des terrains à assainir.

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17 J'. '. '. = '. ; _..! ; ; ' ; ; ; T '... J '.... _ i. _ i ' _.»_,.. ~T i i DE.TER MI ir rs ON A NC 1 NJ r AT..... >VJ1 L.!. f. J_!_.. ' i_ t i. i ".!..» i L_.;.. 1 f ". i [ "Ü.', 1. A f AJjvr pa/am? 7 >/a Of /; ' i >? f f 1 i Vf ' t ' i i.. i! ' ; ; S! T T! ;. rt T TT4T. ;. _j S t /Û' 2, **',,. ;... y ' i 8. ; i i i 1.4 k 7TT N j * < < Ñ p V ; I i. i ^ ^ ^ i... LL ? ó 7 8 9II)' ó "r 1 \ r N*7O5l

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