HOTEL DE VILLE DE LYON PUITS "GAILLOT * HOTEL DE VILLE-LYON (69001) ANALYSE DES CONDITIONS HYDRAULIQUES ET HYDRODYNAMIQUES D'EXPLOITATION DE L'OUVRAGE

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1 HOTEL DE VILLE DE LYON PUITS "GAILLOT * HOTEL DE VILLE-LYON (69001) ANALYSE DES CONDITIONS HYDRAULIQUES ET HYDRODYNAMIQUES D'EXPLOITATION DE L'OUVRAGE B. R. G. -8. JUIN 1984 BIBLIOTHÈQUE BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES Service géologique régional RHÔNE-ALPES Rapport du B.R.G.M. 84 AGI 082 RHA AVRIL 1984

2 HOTEL DE VILLE DE LYON B.P.1065/69205 LYON-CEDEX 01 Tél.(7) PUITS "GAILLOT HOTEL DE VILLE-LYON (69001) ANALYSE DES CONDITIONS HYDRAULIQUES ET HYDRODYNAMIQUES D'EXPLOITATION DE L'OUVRAGE par A.GUILHOT et-y.gouisset BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES B. P ORLÉANS CEDEX - Téléphone (38) Télex : BRGM F Service géologique régional RHÔNE-ALPES B.P VILLEURBANNE CEDEX - Tél. (7) Télex : BRGM F Rapport du B.R.G.M. 84 AGI 082 RHA AVRIL 1984

3 PUITS "GAILLOT" HOTEL DE VILLE - LYON ANALYSE DES CONDITIONS HYDRAULIQUES ET HYDRODYNAMIQUES D'EXPLOITATION DE L'OUVRAGE Par Y. GOUISSET et A. GUILHOT 84 AGI 082 RHA 1 - INTRODUCTION Cette étude a été réalisée par le Service géologique régional Rhône- Alpes du B.R.G.M. à la demande des Services techniques de la ville de Lyon. 2 - II est de déterminer la capacité de production du puits, nommé "puits Gaillot", situé dans les sous-sols de l'hôtel de ville de Lyon, place des Terreaux Lyon, et de connaître sous quelles conditions il est possible d'utiliser ce puits pour l'alimentation du circuit d'une pompe à chaleur destinée à la climatisation des locaux. 3 - Divers essais en pompage ont été effectués sur le puits; l'interprétation de leurs résultats a permis de déterminer un certain nombre de caractéristiques de l'ouvrage et de l'aquifère local, et d'en déduire les conséquences locales d'un pompage continu sur le puits. Par ailleurs, une étude générale des niveaux piézométriques sur le secteur a permis de déterminer les fluctuations naturelles du niveau d'eau dans l'ouvrage. 4 - PRINÇIPAyX_RESULTATS_DE_L'ETUDE Les différents essais de pompage sur le puits Gaillot ont permis d'une part, de mettre en évidence les pertes de charges importantes dues à 1 'alimentation par le fond de l'ouvrage et d'autre oart, de déterminer les valeurs de la transmissivité locale de l'aquifère et de son coefficient d'emmagasinement qui sont respectivement de 4.10~" mvs et 0.Q34.

4 Les observations faites sur le piézomètre foncé dans la cour de l'hôtel de ville ont montré qu'aucune influence importante due au pompage sur l'ouvrage n'était à craindre sur le niveau de la nappe sous les bâtiments. Une étude des niveaux piézométriques au voisinage de l'ouvrage, met en évidence le risque de dénoyage du puits en période de basses eaux. 5 - ÇQNÇLUSigN_PRINÇIPALE II est nécessaire d'approfondir le puits afin d'améliorer ses caractéristiques hydrauliques et d'annuler le risque de dénoyage. Auteurs du rapport Collaboration de Dessinateur Secrétaire Y. GOUISSET A. GUILHOT G. BERGERON JF. RIEUX G. BARROUE Ce rapport comprend : 12 pages de texte, 7 figures.

5 - 1 - TABLE DES MATIERES Pages 1 - INIRODUÇTION 2 - ByT_QE_L:EiyD QiJEÎ_DE_L^ TUQE SIiyAIIQN_G ggraphique 5 - Q NERALIT S_SyR_LE_ÇyiT _G^I^LQÎ 6 - PRESENIATIQN_QES_ESSAIS_REALISES 61 - ESSAIS PAR PALIER DE DEBIT POMPAGE A DEBIT CONSTANT 63 - PIEZOMETRIE " l SAIS_PAR_PALIERS_DE_DEBn_i_RESyLTATS_ET_INTERPRETATIQN MISE EN OEUVRE ET RESULTATS 72 - INTERPRETATION DES RESULTATS - COURBE CARACTERISTIQUE 73 - MESURES EFFECTUEES SUR LE PIEZOMETRE AU COURS DE L'ESSAI 8 - PQMPAGE_A_D BIT_ÇQNSIANI 7 8 n n MISE EN OEUVRE ET RESULTATS 82 - INTERPRETATION DES RESULTATS n Courbe de descente Courbe de remontée Valeur de transmissivité INTERPRETATION DES RESULTATS SUR LE PIEZOMETRE Observations sur le piézomètre Coefficient d'emmaqasinement 15 - QQNÇLySIQNS_SyR_ÇES_INT RÇREI^IIQNS 15 n 10 - yariatigns_dy_niyeay_piezqmeïrigye_lgçal_sgys_l^inflyençe_de ELyÇiyAIIQNS_NATyRELLES_DE_LA_NAPPE CONCLUSIONS GENERALES 18

6 - 2 - TABLE DES FIGURES Pages Fig. 4 - PLAN DE SITUATION (1/2000) 4 Fig. 5 - COUPE DU PUITS GAILLOT 6 Fig. 72 a - COURBE CARACTERISTIQUE s=f(q) 9 Fig. 72 b - RELATION s/q = f(q) 10 Fig HOTEL DE VILLE-POMPAGE SUR LE PUITS GAILLOT 12 Q = 13,3 m'/h / DESCENTE. Fig HOTEL DE VILLE - POMPAGE SUR LE PUITS GAILLOT / REMONTEE. Fig INFLUENCE D'UN POMPAGE CONTINU A 15 mvh DANS LE 17 PUITS SUR LE NIVEAU DE LA NAPPE AU VOISINAGE DU PUITS.

7 INIRODUQIION Cette étude a été réalisée par le Service géologique régional Rhône- Alpes du B.R.G.M. à la demande des Services techniques de la ville de Lyon. 2 - II est de déterminer la capacité de production du puits, nommé "puits Gaillot", situé dans les sous-sols de l'hôtel de ville de Lyon, place des Terreaux Lyon, et de connaître sous quelles conditions il est possible d'utiliser ce puits pour l'alimentation du circuit d'une pompe à chaleur destinée à la climatisation des locaux. 3 - OBJET DE L'ETUDE Divers essais en pompage ont été effectués sur le puits; l'objet de l'étude est l'interprétation de leurs résultats afin de déterminer les caractéristiques de l'ouvrage et de l'aquifère et d'en déduire les conséquences locales d'un pompage continu sur le puits. Par ailleurs, une étude générale des niveaux piézométriques sur le secteur a permis de déterminer les fluctuations naturelles du niveau d'eau dans l'ouvrage. La situation du puits Gaillot ainsi que de divers points d'observations cités dans le présent rapport, sont indiqués figure 4 ci-après. 5 - G NERALITES_SyR_LE_PyiTS_G^ILLQI Le puits Gaillot est un ouvrage très ancien sur lequel l'hôtel de ville ne dispose d'aucune information historique.

8 Fig. 4 -PLAN DE SITUATION Puits GaiHot Piéjomêàre B Eche/Ie 7/2OOO AG/ 62 RM A

9 - 5 - Un curage de l'ouvrage a permis d'en établir la coupe (voir fig.5 ci-après). Toute l'alimentation de l'ouvrage se fait par son fond et il apparait qu'une virole a été enfoncée après la construction de l'ouvrage, mais il n'a pas été possible techniquement de la dégager entièrement pour connaître sa profondeur d'enfoncement. 6 " PRESENTATIQN_QES_ESSAIS_REALISES 61 - ESSAIS PAR PALIER DE DEBIT Ces essais permettent d'établir la courbe caractéristique de l'ouvrage, c'est-à-dire ses caractéristiques hydrauliques POMPAGE A DEBIT CONSTANT Cet essai permet de connaître les caractéristiques locales de l'aquifère au voisinage de l'ouvrage PIEZOMETRE Un piézomètre a été battu dans la cour de l'hôtel de ville. Il permet de suivre l'influence d'un pompage au puits Gaillot au voisinage de l'ouvrage. Ses caractéristiques sont les suivantes : - diamètre intérieur : 31 mm - longueur : 8 m - zone crépinée : entre - 7 m et - 8 m par rapport au sol - cote de la tête du piézomètre : 168,28 m NGF.

10 - 6 - Fig. 5 COUPE DU PUITS GAILLOT N6F Margelle Sol cave 0 o.8ocm f66, A/S : le 2V.2.8V Fond m I I I Vi'ro/e 161,05 AGI O8Z RHA

11 - 7-1 ~ ES5AIS_PAR_PALIER_DE_DEBIT_:_R SyLTAT _ET_INTERPRETATIQN 71 - MISE EN OEUVRE ET RESULTATS Ces essais de puits ont été effectués le 23 février 1984, suivant un programme de pompage établi en quatre paliers de débit enchainés, dont les trois premiers ont une durée de 45 mn; le quatrième a entrainé le dénoyage de la pompe au bout d'une vingtaine de minutes. suivants : Les résultats de mesures de niveau en fin de paliers sont les - niveaux piézométriques avant pompage : puits = 162,22 m NGF piézomètre = 162,27 m NGF soit un écoulement sensiblement Sud-Est - Nord-Ouest de pente environ 2/ pompage par palier * - * * * * *,. i, ^.,,.. 3 /, Rabattements,, en mètres *Paliers* Heures * Durée en mn. *Debit en m /h * * * * * * * * Puits * Piézomètre * * N 1 * 10 H - 10 H 45 * 45 * 9,8 * 0,12 * l l N 2 * 10H45-11H30 l 45 * 20 * 0,44 * 0,02 * * N 3 * 11H30-12H15 * 45 * 30 * 0,84 * 0,04 * * N 4 * 12H15-12H35 * 20 * 40 * 1,17 * 0,045 * * * * * * * *

12 INIERPRETATIQN_DES_RESyLTATS_-_ÇgypE_ÇARAÇTE ISTIQyE La courbe caractéristique (fig. 72 a), fournit la relation rabattement (s) en fonction du débit (Q). Elle a été établie grâce aux 4 valeurs de niveaux correspondant aux paliers de débit et complétée par la mesure du niveau après 45 minutes de pompage au débit constant de 13,3 mvh (voir chapitre 8). Cette courbe n'est pas une droite passant par l'origine ce qui traduit un phénomène d'écoulement turbulent engendrant des pertes de charges non négligeables à l'entrée de l'eau par le fond du puits. L'expression mathématique d'une telle courbe est de la forme : s = BQ + CQ 2 ou BQ représente les pertes de charges linéaires dues à l'écoulement laminaire et CQ 2 les pertes de charges quadratiques dues à l'écoulement turbulent. Le tracé de la courbe s/q = f(q) dont l'expression mathématique est alors s/q = B+CQ permet de déterminer les valeurs des constantes B et C (voir figure 72 b). En traçant la droite des pertes de charges linéaires s = BQ, on rend compte de l'importance des pertes de charges quadratiques liées à la structure particulière de l'ouvrage (alimentation uniquement par le fond, obstacle hydraulique dû à la virole). Remarque : la courbe caractéristique d'un forage n'a de valeur que pour des conditions données. La courbe caractéristique en état statique initial différent ou après modification de l'ouvrage (approfondissement par exemple), serait différente.

13 - 9 - Fig. 72 a - COURBE CARACTERISTIQUE s=f(q) Débits so ces flrtfe: Rabattements observés à la Fin des paliers y m m m m Rabattements ca/cu/és suivant /'expression Az 0.009Q +6,s.ro' u Q 8VAG/082 PUA

14 Fig. 72 b - RELATION s/q = f (Q) 0.03-m fttfc: o.oz Si fit iû.oo* oee RHA

15 MESURES EFFECTUEES SUR LE PIEZOMETRE AU COURS DE L'ESSAI Les réactions enregistrées sur le piézomètre lors des essais du puits par paliers de débit sont faibles : 0,02 m après 90 minutes de pompage, 0,04 m après 135 minutes et 0,045 m après 155 minutes^ 8 - PQMPAGE_A_DEBIT_ÇQNSÎANT 81 - MISE EN OEUVRE ET RESULTATS Le pompage a été effectué le 24 février 1984 de 9 H à 14 H au débit constant de 13,3 mvh. Les niveaux piézométriques avant pompage étaient aux cotes de 162,19 m NGF au puits et 162,24 m au piézomètre, soit 0,03 m plus bas que la veille. La descente du niveau d'eau dans le puits a été suivie jusqu'à une quasi stabilisation, ainsi que la remontée à partir de l'arrêt du pompage INTERPRETATION DES RESULTATS Courbe de descente (voir figure 8 21) La représentation du rabattement en fonction du temps en mode semi-logarithmique permet d'approcher, par la méthode de Jacob, la (*) transmissivité de l'aquifère capté au voisinage de l'ouvrage. L'interprétation de l'essai par la méthode de Jacob prend comme hypothèse un puits parfait et de rayon négligeable. Or, dans notre cas le diamètre du puits à sa base est de 1,15 m ce qui implique qu'en d'ébut de pompage une partie de l'eau captée provient du puits, sans avoir transité par le terrain aquifère. Ce phénomène appelé effet de capacité, se traduit par une importante déformation de la courbe. (*) : la transmissivité, égale au produit de la perméabilité du terrain par l'épaisseur de la couche aquifère, caractérise l'aptitude du terrain à transmettre l'eau.

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17 L'examen de la courbe met en évidence l'affaiblissement de cet effet, à partir d'une durée de pompage de 300 secondes, soit 5 minutes. L'interprétation des mesures réalisées après t = 300's permet de déterminer une transmissivité de 7.10 mvs. Au bout de 9000 secondes (deux heures et demie) de pompage, le niveau de l'eau dans l'ouvrage se stabilise à la cote 161,945 m NGF, soit un rabattement de 0,245 m. Cette stabilisation peut correspondre à une limite d'alimentation à potentiel constant Courbe de remontée (voir figure 822) La remontée a été suivie pendant une heure, après 4 minutes seulement le niveau de l'eau s'est stabilisé au niveau initial, soit à la cote 162,19 m NGF, ce qui traduit une très bonne réalimentation. T La méthode de Jacob appliquée à la courbe semi-logarithmique _2 de remontée, conduit à une transmissivité de 1,5. 10 m 2 /s Valeur de la transmissivité La valeur de 4.10" mvs peut être prise pour la transmissivité de la couche productrice au voisinage de l'ouvrage INTERPRETATION DES RESULTATS SUR LE PIEZOMETRE Observations sur le piézomètre Lors de l'essai à débit constant de 13,3 mvh, l'influence du pompage au puits Gaillot est apparue au piézomètre entre 10 minutes et une heure après le démarrage de l'essai. La variation du niveau d'eau dans le piézomètre a atteint - 0,005 m. Cette mesure permet d'approcher le coefficient d'emmagasinement S.

18 HOTEL DE VILLE- POMPAGE SUR LE PUITS GAILLOT / REMONTEE 00 10

19 Coefficient d'emmaqasinement Ce coefficient est défini comme étant le volume d'eau libéré ou emmagasiné par un prisme vertical de terrain de section unitaire, à la suite d'une modification unitaire du niveau piézométrique. Tyt. S = avec t = temps à partir duquel l'influence du pompage est sensible. T = transmissivité du terrain R = distance entre le point d'observation et l'ouvrage Dans notre cas, ce coefficient va être compris (pour t =600 s et t = 3600 s) entre 0,04 et 0,24. Par ailleurs,une étude réalisée pour le parc de stationnement de l'opéra (cf. rapport N 77 SGN 630 JAL), a conclu à une valeur de pseudo diffusivité de 0,1 10" mvjour, qui est définie comme étant le rapport de la transmissivité (T) sur le coefficient d'emmagasinement (S). En prenant T = 4.10 mvs, la valeur de S calculée à l'aide de la pseudo diffusivité devient 0,034, valeur voisine de la valeur inférieure de la fourchette établie précédemment. 9 - QQNQLySigNS_SyR_CES_INÎE PRETATigNS _2 La valeur de la transmissivité T sera prise égale à 4.10 du coefficient d'emmagasinement à 0,04. mvs, celle 10 - ÇQNIINyi AU PyiTS_GAILL.gT L'Hôtel de ville de Lyon étant bâti sur des pieux en bois enfoncés vraisemblablement jusqu'aux premières couches d'argiles, il était nécessaire

20 d'examiner l'influence de pompages au puits Gaillot sur le niveau de la nappe sous l'emprise des bâtiments. L'équation de Jacob s = 9i- --3_ _og -i---i t permet de calculer le 1 R 2 S rabattement s de la nappe en un point situé à une distance R de l'ouvrage exploité, à un débit Q pendant un temps t Les valeurs de T et S précédemment calculées, permettent d'établir les valeurs de s en fonction de R et de t pour un débit égal à 15 m'/h : Distance en m * * * * * * * * * ^ * 5 * 10 # * Temps >. * * * * * * * * * * * * 1 Heure * 0,05 * 0,04 * 0,02 * 0,005 * * *.. jt _*.. * * 1 Jour * 0,08 ' * 0,06 * 0,05 * 0,04 * ± * : ± * : * * 10 Jours * 0,09 * 0,08 * 0,07 * 0,06 * * 2 * * jfc * * 100 Jours * 0,11 * 0,10 * 0,09 * 0,07 * ± * * ± * * 1 an * 0,12 * 0,11 * 0,10 * 0,09 * * * * * * * On constate donc que l'influence du pompage est de faible ampleur (voir figure 10). En fait, ces calculs sont faits en considérant une nappe infinie ce qui ne correspond pas au cas réel puisqu'il y a une alimentation de la nappe par le Rhône situé à environ 250 m de l'ouvrage. Cette limite à potentiel constant va entrainer une stabilisation du niveau piézométrique au bout d'un temps t égal à 1,78 x d 2 x S, soit environ 26 heures de pompage.

21 INFLUENCE D'UN POMPAGE CONTINU A I5m 3 /h DANS LE PUITS SUR LE NIVEAU DE LA NAPPE AU VOISINAGE DU PUITS 5m 1Om 20m û/stonce par rapport ou po/ts en m 50m 0.05 O.1O 0.15 imimlillmlnllllmim illisssiisssiissisil!in!h!!!ii(beii!i!!!!!il!i!!!i!!: \ Slî! miiiiiiiii iijii iiiliij!! ililliiiiiliii i ilil illllii iiiii iii j nu li il II il Il li ii I Il II ii i I Il O.2Ocm Axe du puits Abaissement de fa nappe o I

22 E!=yQiyATigNS_NATyRELLES_DE_LA_NAÇPE Au cours des années 1970 et 1971, les cotes des niveaux piézométriques extrêmes enregistrés en un point d'observation (indice B.R.G.M B-256) proche du puits Gaillot (voir plan de situation fig. 4), ont été de 161,91 m NGF et 163,88 m NGF. Par ailleurs, deux autres cotes sont connues dans le secteur : - au droit du parking de l'opéra, la cote du niveau d'eau en période de forte crue du Rhône a été estimée à 167 m NGF (cf. rapport B.R.G.M. N 77 SGN 630 JAL). - une mesure de niveau effectuée en 1964 sur un ouvrage situé en bordure de la place des Terreaux (indice B.R.G.M X-35) (voir plan de situation fig. 4), a donné une cote du niveau d'eau de 160,40 m NGF. Cette dernière valeur conduit à prévoir un dénoyage du puits Gaillot dont le fond est actuellement à la cote 161,05 m NGF ÇONÇLySIQNS.GENERALES Trois constatations peuvent être faites, suite à cette étude : 1 - l'ouvrage actuel»de par sa structure» présente des caractéristiques hydrauliques relativement mauvaises du fait des importantes pertes de charges quadratiques dues à l'alimentation turbulente par le fond de l'ouvrage- La conséquence en est la nécessité d'un captage par une pompe relativement surdimensionnée par rapport à la hauteur géométrique d'aspiration et aux pertes de charges linéaires acceptables.

23 la couche aquifère présente de très bonnes caractéristiques hydrodynamiques, avec une réalimentation importante depuis le Rhône et une valeur de transmissivité très satisfaisante- De ce fait, aucune influence importante n'est à prévoir sur les niveaux d'eau au voisinage de l'ouvrage. 3 - au vu de la faible hauteur d'eau dans l'ouvrage actuel, pourtant mesurée en période de hautes eaux, il est à prévoir un assèchement du puits en période de basses eaux. Ces trois constatations conduisent à envisager un approfondissement avec équipement du puits ce qui permettra d'améliorer ses caractéristiques hydrauliques et de se prémunir d'un assèchement en basses eaux, ou la réalisation d'un nouvel ouvrage.