DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET DE LA MOSELLE. Alimentation en eau du Bassin Houiller Lorrain à partir de forages

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1 DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L'AGRICULTURE ET DE LA FORET DE LA MOSELLE Alimentation en eau du Bassin Houiller Lorrain à partir de forages Secteur de la Forêt de Steinberg - Forêt de Zang Y. BABOT J. CHEVALIER Mai 99 4S/L0R N 9/50

2 - 2 - S O M M A I R E Page - INTRODUCTION GEOLOGIE DU SECTEUR HYDRODYNAMIQUE Piézométrie actuelle Paramètres hydrodynamiques de l'aquifère et productivité des ouvrages existants HYDROCHIMIE AUTRES CONTRAINTES QUANT A L'IMPLANTATION DE NOUVEAUX CAPTAGES A.E.P(*) Contraintes relatives aux forages A.E.P. et A.E.I.(**) existants Contraintes relatives aux P.O.S. et aux domaines forestiers protégés sur les communes concernées Contraintes relatives aux sources de pollution : assainissements et dépôts d'ordures ménagères Contraintes d'accessibilité 6 - SITES PROPOSES POUR L'IMPLANTATION DE NOUVEAUX FORAGES DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES COUTS ESTIMATIFS 5 (*) A.E.F.» alimentation en eau potable. (**) A.E.I. - alimentation en eau industrielle.

3 INTRODUCTION A la demande du DISTRICT URBAIN de FORBACH, sous couvert de la Direction Départementale de l'agriculture et de la Forêt de la Moselle (D.D.A.F.)» le BRGM - LORRAINE a procédé à une étude de faisabilité de nouveaux forages A.E.P. au Grès Vosgien dans le secteur de la Forêt domaniale de Steinberg - Forêt de Zang. Le présent rapport propose 5 sites d'implantation de forages devant fournir, globalement, à 2 millions de m3 d'eau potable par an, soit pour chaque ouvrage : 00 m3/h en moyenne 0 à 2 h/jour. Ces implantations sont effectuées en fonction des critères suivants : - géologie du secteur (grès hors couverture, présence ou non de domaines failles) ; - hydrogéologie du secteur :. hydrodynamique = piézométrie du secteur, zones d'épaisseurs minimales de mort-terrains, étude de la productivité d'ouvrages voisins existants,. hydrochimie = recherche de zones à teneurs en sulfates, chlorures, nitrates, fer et manganèse conformes aux normes de potabilité, - contraintes liées à la proximité d'autres captages A.E.P. ou A.E.I. ; - contraintes liées à la proximité de sources de pollution telles que des décharges publiques, stations d'épuration... ; - contraintes liées à la présence de périmètres de protection de captages voisins, aux P.O.S. des communes concernées, à la protection des forêts, aux oléoducs, gazoducs ou lignes électriques. Ce rapport précise les équipements techniques et spécificités propres à chaque forage, notamment en ce qui concerne les débits d'exploitation à attendre, la qualité chimique probable à l'eau et les mesures de protection à envisager. Il donne également un coût estimatif concernant la réalisation des ouvrages projetés.

4 GEOLOGIE DU SECTEUR Le secteur d'étude comprend la Forêt de Steinberg et la partie Sud-Est de la Forêt de Zang, l'ensemble couvrant l'est de la commune de SAINT-AVOLD et l'ouest de la commune de HOMBOURG-HAUT. Le massif forestier concerné est implanté sur un plateau en pente vers l'ouest, aux altitudes maximales de Tordre de m NGF, entaillé par de nombreux thalwegs (dont notamment en bordure Est : thalweg au Sud de Hombourg-Haut). Les cotes minimales en fond de vallon sont de l'ordre de 220 m NGF. Le soubassement du plateau est constitué de Grès Vosgien (Buntsandstein moyen), épais de 220 m au Nord à 320/350 m maximum au Sud, au niveau des sites convoités. Ces formations sont surmontées par le Conglomérat Principal épais de 0 à 4 m (Buntsandstein moyen) puis par les Grès des Couches Intermédiaires (Muschelkalk supérieur). (G.T.I.). L'ensemble de ces formations appartient aux Grès du Trias Inférieur L'érosion met en affleurement direct le Grès Vosgien au niveau des principaux thalwegs. Du point de vue tectonique, le secteur étudié correspond au flanc Est de la boutonnière anticlinale gréseuse d'axe Sud-Ouest/Nord-Est, limitée au Sud et à l'est par le réseau de failles de Saint- Avold/Hombourg-Haut/Freymi ng-merlebach.

5 HYDRODYNAMIQUE 3.. Piézométrie actuelle La piézométrie du mois de mars 99, donnée par l'agence de Bassin Rhin-Meuse, montre un écoulement général de la nappe des Grès du Trias Inférieur du secteur vers l'est/nord-est, notamment vers la dépression piézométrique causée par les exhaures miniers dans la région de Freyming- Merlebach. Les cotes piézométriques relevées sont de 220 m NGF à l'ouest/sud-ouest (Saint-Avold) à 90 m à l'est/nord-est (Hombourg-Haut). L'implantation de nouveaux forages se fait par la recherche des sites où la surface piézométrique de la nappe des Grès est la plus proche de la surface du sol (thalwegs...) Paramètres hydrodynamiques de "Taquifère et productivité des ouvrages existants Les données consignées dans le tableau suivant sont fournies grâce aux pompages d'essai par paliers de débit (et/ou) de longue durée sur les ouvrages existants implantés à la périphérie ou dans la zone étudiée :

6 ZONE FORAGES EXISTANTS A PROXIMITE DE LA ZONE ETUDIEE PROFONDEUR (m) EPAISSEUR MOYENNE DE NAPPE CAPTEE (m)... TRANSMISSIVITE (ravs) r PERMEABILITE MOYENNE (m/s)._... DEBIT MOYEN D'EXPLOIT. (m3/h) RABATTEMENT CORRESPONDANT (m) - I DEBIT SPEC. (m3/h/m) J NORD HBL n* F23 (39.8X.29) 07,0 57,8 90 0,5 8,5* 8,6 HBL n* F24 (39.8X.28) HBL n* F7bis 4,3 00,0 54,5 54,4-3 2, , ,9 9,6* 0,9 8,2* OUEST I SUD-OUEST SUD St -Avoid cimetière US (65.3X.27) St-Avold n* F6 (65.3X.9) Moulin Neuf (65.3X.45) 50, ,5 80,0 52, ,0.0-3, , , , ,9 7,9* 7,3 4,* j.2* j I 0 I Moulin Neuf 2 238,8 25, , ,3 2,3* (65.3X.04) jest/sud-est HBL n* F25 (65.4X.) 40,0 20,0 (20origine) 62 3,5 3,lorigine* 2.0 HBL n* F ,5 (60origine) 43,8, lorigine* (65.4X.3) 40 0,9 * D'après essais par paliers de débit.

7 - 7 - Ce tableau met en évidence deux zones : -5. Zone à perméabilités de Tordre de à 5.0 m/s et à productivités fortes (environ 4 à 2 m3/h/m). Cette zone, dans laquelle sont implantés les forages HBL n F7bis, F23 et F24, Saint-Avold cimetière américain et Saint-Avold n F6 précités, correspond aux bordures Nord et Ouest du secteur d'étude. Les débits moyens d'exploitation sont de 80 à 00 m3/h pour une épaisseur moyenne d'aquifère capté de 55 à 50 m. Ces caractéristiques s'améliorent notablement en se rapprochant du Nord.. Zone à perméabilités de Vordre de 3 à 4.0" m/s et à productivités plus modestes (environ à 2 m3/h/m). Cette zone, dans laquelle sont implantés les forages HBL n* F25, F29 et Moulin Neuf et 2 précités, correspond aux bordures Sud et Est du secteur d'étude. Les débits moyens d'exploitation sont de 40 à 70 m3/h pour une épaisseur moyenne d'aquifère capté de 85 à 25 m. La création d'ouvrages dans les zones Sud et Sud-Est doit tenir compte d'une baisse de productivité locale de la nappe des Grès. Cette baisse doit être compensée par une augmentation de l'épaisseur d'aquifère capté se traduisant par un approfondissement des forages.

8 HYDROCHIMIE Quatre éléments critères principaux : chlorures, sulfates, nitrates et fer sont pris en compte. Les teneurs récentes figurent dans le tableau ci-dessous. ZONE FORAGES CHLORURES (mg/ ) SULFATES (mg/) NITRATES (mg/) FER (mg/) SUD Moulin Neuf et ,2 0,3 St-Avold F ,82 St-Avold Fl-Flbis ,07 OUEST HBL F ,5 0,02 HBL F ,5 3,88 HBL F27b 6 5,9 0,74 HBL F ,2 0 NORD HBL F8b ,2 0,23 HBL F ,02 EST HBL F ,5 7,4,8 (Hombourg haut) Hombourg piscine ,75,7 Les teneurs en chlorures, sulfates et nitrates n'excèdent pas les normes A.E.P. On note, toutefois, des teneurs importantes en sulfates au Sud de la zone d'étude (forages de Moulin Neuf). Le fer reste un élément aux teneurs quasi-systématiquement au-dessus de la concentration maximale admissible de 0,2 mg/. De telles teneurs risquent d'être dépassées au niveau des ouvrages à réaliser. Cet état de fait nécessite de prévoir une déferrisation.

9 - 9 - Les mesures concernant le manganèse, effectuées sur certains forages parmi ceux figurant dans le tableau ci-dessus, n'excèdent pas la concentration maximale admissible de 0,05 mg/ dans la partie Sud et Centrale du secteur (Saint-Avold F6 = 0,04 mg/ Mn et Moulin Neuf 2-0,03 mg/). Par contre, dans les parties Nord-Ouest et Nord, on observe les teneurs en manganèse suivantes : - St-Avold Cimetière US = 0,308 mg/ - HBL n* 23 = 0,07 mg/ } Proximité du - HBL n 7bis = 0,52 mg/ } Quartier Arcadia En conséquence, le risque de rencontrer des teneurs en manganèse excédant les normes n'est pas à exclure pour le forage projeté n (site du Chêne des Sorcières) au vu de sa proximité (environ 500 à 000 m). 5 - AUTRES CONTRAINTES QUANT A L'IMPLANTATION DE NOUVEAUX FORAGES A.E.P. 5.. Contraintes relatives aux forages A.E.P. et A.E.I. existants L'implantation de nouveaux forages aux Grès du Trias Inférieur se fait en maintenant une distance minimale de 500 m par rapport aux forages A.E.P. ou A.E.I. existants. Cette distance est augmentée en fonction de l'importance des prélèvements sur forages ou groupes de forages existants voisins. Parmi les forages projetés : - le forage n* est implanté dans le périmètre de protection éloignée des forages HBL n* 23 et 24 ; - le forage n 3 est implanté dans le périmètre de protection éloignée du forage Saint-Avold F6 (en limite de périmètre de protection rapprochée) ; - le forage n" 5 est implanté dans le périmètre de protection éloignée du forage HBL n F25.

10 Contraintes relatives aux P.O.S. et aux domaines forestiers protégés sur les communes concernées Les communes de Saint-Avold et Hombourg-Haut, concernées par cette étude, font l'objet d'un P.O.S. (en cours d'élaboration pour Hombourg- Haut). L'ensemble des forages proposés (paragraphe 6) concerne le domaine forestier (Forêt de Zang et Forêt de Steinberg) classé en "Forêt de Protection" par arrêté ministériel(*).ces bois et forêt sont soumis aux dispositions de l'article L30- du Code de l'urbanisme. La réalisation de forages au sein du massif forestier, imposée par les nombreuses contraintes exposées ci-dessus et ci-après doit passer par un certain nombre de dérogations à l'arrêté sus-cité Contraintes relatives aux sources de pollution : assainissements et dépôts d'ordures ménagères L'implantation de nouveaux forages intègre : - l'éloignement des zones urbanisées et grands axes de communication (notamment autoroute A4) ; - l'éloignement de zones industrielles (notamment de la zone industrielle du Hollerloch sur St-Avold et des conduites d'azote et de propylene passant à proximité et traversant la Forêt de Steinberg) ; - l'éloignement des stations d'épuration (notamment station d'épuration de St-Avold Moulin Neuf); - l'éloignement du cours de la Rosselle, rivière polluée ; (*) Une carte des massifs boisés à protéger a été établie par l'onf de St-Avold en Juin 98. Elle a été dressée et mise à Jour par le Bureau d'etudes de la D.D.A.F, de Metz en Octobre 98B.

11 - - - 'éloignement d'anciens dépôts d'ordures ménagères (notamment à proximité du "Moulin à Poudre" et du "Moulin à Papier" près de l'agglomération de Hombourg-Haut) Contraintes d'accessibilité Tous les sites proposés sont directement accessibles à partir des grands axes de communication par des chemins forestiers. 6 - SITES PROPOSES POUR L'IMPLANTATION DE NOUVEAUX FORAGES Cinq sites de forage sont proposés en fonction des différentes contraintes énumérées ci-dessus. Il s'agit des sites suivants :

12 I l I - I I SITE DENOMINATION GEOLOGIE ALTITUDE NIVEAU PIEZO. PROFONDEUR SURFACE ACCES N* j NGF NGF en 3/9 j FIEZOMETRIQUE (no (m) (m) Chêne des Sorcières Grès Vosgien 2SS 205 SO ISO m route de St-Avold/ I I I Freyming-Merlebach 2 Hollerloch Grès Vosgien S00m route de St-Avold/ I I I Freyming-Merlebach 3 Gros Hêtre Couches Intermédiaires 2SS m RN 3 St-Avold/ [Conglomérat Principal Hombourg-Haut Grès Vosgien I I I I 4 Bruch Couches Intermédiaires 23S m RN 3 Vallée de la Rosselle (Conglomérat Principal I I I I Grès Vosgien I I I I S JForfit de Hombourg Grès Vosgien I m de Hombourg-Haut

13 DIHENSIONNEMENT DES OUVRAGES Dans le but d'atteindre la base des Grès du Trias Inférieur afin : - d'assurer un débit optimal au niveau de chaque forage projeté, - de reconnaître d'éventuels problèmes de salinité profonde de la nappe des Grès(*), les ouvrages auraient les caractéristiques suivantes : SITE N PROFONDEUR (m) PARTIE PLEINE (m) PARTIE CREPINEE ou/et trou nu (m) à 60 m 60 à 220 m à 45 m 45 à 270 m à 45 m 45 à 340 m à 35 m 35 à 280 m à 40 m 40 à 270 m La réalisation et l'équipement de chaque forage seraient, de façon sommaire, les suivants : Foration - foration rotary à la boue bentonitique de 0 à -20 m de profondeur en diamètre 60 mm (24") ; - foration rotary à l'eau claire en diamètre 444,5 m (7" /2) de-20 m de profondeur aux valeurs de profondeurs données dans le tableau ci-dessus. (*) De tels problèmes nécessitent une obturation partielle de la partie basse du forage et une modération des débits d'exhaure.

14 - 4 - Tubages - tubage en diamètre 480/490 mm en acier ordinaire plein de +0,50 à -20 m de profondeur, capot de fermeture en tête ; - tubage en diamètre 33/323 mm, de +0,2 m aux valeurs de profondeur données dans le tableau ci-dessus, en acier inoxydable type F7 (éléments manchonnés et soudés) plein puis crépine NR 20/0. Le cas échéant, seule une partie du forage peut être crépinée, la partie basse restant en trou nu. Cimentation - cimentation au laitier CLK 45 de l'espace annulaire tubage ()3 ext. 490 mm) - terrain compris entre 0 et -20 m par injection sous pression ; - cimentation au laitier CLK 45 de l'espace annulaire 480/323 mm entre les tubages compris entre 0 et les valeurs de profondeurs données dans le tableau ci-dessus. Gravillonnage - mise en place de graviers siliceux roulés calibrés au niveau de l'espace annulaire compris entre la colonne crépinée en acier inoxydable (0 extérieur 33 mm) et le terrain (sauf dans le cas où il est envisagé de laisser le forage partiellement en trou nu). Pompages - pompage de nettoyage - développement du forage, durée totale : 24 heures ; - pompage par paliers croissants de débit, de caractérisation du forage, durée totale descente + remontée : 24 heures ; - pompage à débit constant, de caractérisation de l'aquifère, durée totale descente + remontée : 72 heures.

15 COUTS ESTIMATIFS Ces coûts hors taxe sont résumés dans le tableau ci-après FORAGE N * 2 I 3 4 S I PLATE-FORME FORAGE () FORATION COUT ESTIMATIF H.T. (en francs) EQUIPEMENT + CIMENT l POMPAGES (REGIE FORCE AVEC OU MOTRICE SANS (2) I I I TOTAL H.T I TOTAL H T. (en francs) () Amenée, Installation, repli du matériel de forage et de pompage, aménagement de la plate forme et des bourbiers. (2) + Imprévus. Soit un COUT TOTAL de l'ordre de 6 MF

16 ANNEXES Carte pîézométrique et de situation des forages existants et projetés au : Carte de situation des forages projetés au : Photographies des sites

17 207 v., ^.s x -.r? i. H-j.pt-.éJssfú - in-r t w-.^.-.._- - -.,' ^&J?JiiiiA\ +23 ;? ' " ' + (5). -.. ING 4/<L: & ^ "" * ' '.?A 5 >)r'' : CÍMETÉRE - fä" AMERICAIN 245 _ +222.L.+.EI)RO..? AMERICAIN AMÉRICAIN-;.;,* ^v -'--.'- :-, 7> 3 ípiscme * 25V;" ' CARTE PIEZOMETRIQUE DE LA NAPPE DES G.T.L Agence de l'eau Rhin-Meuse Mars 99 Situation des forages existants Implantation des forages projetés Echelle : mètres r(3jl Forages projetés Limita d'affleurement des grés (sommet dû r5servo»r aquifer«) / Foide hydroglologiquemenf Importante. *. -^. «-Z20~~* Courba isoplue et so col«v.v 'v.'-'-î'«*««"! *. / ' *'.-. ' '" * si Av'. tf (.. *, (. -y * si» ut Cote ptâzomêtrlque do la nappe util Voleur incertaine de la cale plézomiirlque - --»» Sens d'écoulement da la noppe Affleurement pormo-houlller (base du réservoir oquiteve) > > ÄiffüUN PUITS D'EXHAURE MESURE DE NIVEAU D'EAU DANS UN PUITS DE MINE O SOURCE + FORAGE EXPLOITE * PEZOMETRE OU FORAGE INEXPLOITE " - / x :, - O B*SSINS A SOLAMM OU A SUIES DES HBL

18 <?W^/ 7 ^ aitón Fores FORET DE STEINBERG - FORET DE ZANG Implantation de 5 forages aux Grès Vosgiens Forage et son numéro Echelle : /25.000