Impacts thermiques des pompes à chaleur utilisées en climatisation sur les eaux souterraines de la ville de Lyon

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1 Ingénieur du Génie Sanitaire Promotion : Date du Jury : Septembre 2009 Note de synthèse Impacts thermiques des pompes à chaleur utilisées en climatisation sur les eaux souterraines de la ville de Lyon Véronique LEPICIER Lieu de stage : BRGM Lyon et Orléans Référents professionnels R. CHARTIER I. IGNATIADIS Référent pédagogique : J. CARRE

2 1) Contexte Les pompes à chaleur sur aquifère utilisées en climatisation (PAC/CLIM) peuvent réinjecter de l eau chaude dans la nappe qu elles exploitent. Il est évident que ces rejets chauds occasionnent des effets sur l état de ce milieu, ces effets, directs ou indirects, diffèrent entre le niveau local de l ouvrage et à l échelle d un aquifère. Or, ces phénomènes n ont été que peu étudiés jusqu à présent, expliquant le manque de connaissances fiables sur ce sujet. L agglomération lyonnaise présente des conditions favorables à l étude des impacts des PAC/CLIM sur leur environnement dont un premier inventaire a été réalisé pour Lyon et Villeurbanne. En effet, elle cumule une forte concentration de PAC/CLIM, une densité importante de population et un réchauffement observé en certains points de la nappe superficielle. Leur développement est en outre souhaité sur le territoire du Grand Lyon, dans le cadre de son plan Climat visant à diminuer les émissions de gaz à effet de serre de la communauté de communes. Ce fort développement des PAC/CLIM, en absence d étude complète sur la nature et l importance des impacts, a été une source de préoccupations du service communal d hygiène et de santé de la Ville de Lyon, auxquelles sont associées diverses interrogations autour des modalités de leur autorisation. Par ailleurs, le département Géothermie du BRGM (Bureau de Recherche Géologiques et Minières) a lancé, conjointement à l Institut des Sciences de la Terre d Orléans (ISTO), le projet Biothermex, relatif à la caractérisation des impacts potentiels dus au développement des PAC/CLIM dans un but de prévention d éventuels problèmes d exploitation et/ou environnementaux. Les problèmes visés sont susceptibles de concerner à la fois l équilibre géologique et hydrogéologique de l aquifère, l impact sur les installations risque de corrosion-dépôt- et sur la qualité de l eau. Ce stage s est ainsi déroulé au BRGM, à la fois au sein du service Environnement et procédés Innovants (BRGM/EPI) sous la responsabilité de Monsieur I. Ignatiadis à Orléans et au sein du Service Géologique Régional Rhône Alpes (BRGM/SGR/RHA), sous la responsabilité de Monsieur R. Chartier. Véronique LEPICIER Note de synthèse - Mémoire de l'ehesp

3 2) Objectifs Ce travail constitue une étude exploratoire de l impact des PAC/CLIM eau/eau sur l aquifère superficiel lyonnais. Il comporte deux objectifs : 1) Fournir les éléments indicatifs et justificatifs pour le choix de zones pertinentes pour établir un suivi de paramètres physico-chimiques et biologiques, dans le but d évaluer l impact des rejets des PAC sur l aquifère, spécialement en mode climatisation ; 2) Et dresser l inventaire des enjeux sanitaires potentiels, selon leur crédibilité. 3) Méthodes La première étape nécessaire pour répondre à ces objectifs a été de recueillir les informations disponibles sur les points suivants : - Les modalités de fonctionnement des PAC/CLIM et les données lyonnaises disponibles, telles que leur nombre, leurs localisations, les débits et températures de rejet - L hydrogéologie et l état de qualité de l aquifère lyonnais, afin de connaître notamment ses caractéristiques d écoulement et la nature des principaux polluants présents ; - Les réseaux de suivi de la nappe et les données de températures de l eau mesurées ; - Les causes et effets potentiels d un réchauffement des eaux souterraines ; - Les principaux usages de l eau de la nappe superficielle. Ces différentes informations ont pu être obtenues grâce à une recherche bibliographique et à des rencontres avec différents acteurs sur Lyon, appartenant principalement aux services de la Ville de Lyon. Ces derniers sont principalement intervenus dans l étude des usages. Dans un second temps, ces informations ont été recoupées entre elles et interprétées. Ce travail a abordé l analyse des données de températures, le rôle de différents facteurs de réchauffement de la nappe, les effets potentiels provoqués par un réchauffement de 10 à 15 C sur les eaux souterraine s lyonnaises et l analyse de la pertinence de risques sanitaires compte tenu des contaminants présents dans l eau et des modes d expositions possibles. Tout au long de l étude, l utilisation de système d information géographique (SIG) a été essentielle à l organisation de la réflexion autour de zones potentiellement plus sensibles à l influence thermique des PAC/CLIM et qu il faudrait, par conséquent, surveiller. Véronique LEPICIER - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique

4 4) Résultats L étude des températures de la nappe de Lyon montre dans certains secteurs des variations locales qui pourraient être expliquées par une proximité entre le point de mesure et des rejets chauds de PAC/CLIM. Les effets d un réchauffement d une nappe ont été étudiés dans d autres contextes, par exemple le stockage de chaleur en aquifère, mais ils restent mal connus, surtout dans les gammes de températures correspondants aux PAC/CLIM (rejets entre 20 et 30 C). Il semblerait que les impacts dans cette situation soient peu marqués en ce qui concerne les principaux paramètres physico-chimiques et que les modifications des populations de microorganismes puissent être réversibles. La volatilisation des composés organiques volatils (COV) présents dans la nappe ou dans le sol à proximité des rejets chauds pourrait être augmentée de manière significative. L étude des usages tend à indiquer que l exposition aux contaminants présents dans la nappe par ingestion de cette eau est peu probable. Le risque d ingestion d aliments contaminés via leur arrosage par de l eau pompée dans l aquifère superficiel est également limité sur le territoire de Lyon. Cependant, un recensement des usages d arrosage de potagers, privés ou collectifs, est nécessaire pour bien maîtriser les risques éventuels, surtout à proximité des PAC/CLIM et des sites potentiellement pollués. Il est obligatoire d effectuer un contrôle régulier de la qualité des eaux ainsi utilisées, mais il pourrait être renforcé en cas de proximité de PAC/CLIM. Le risque inhalation d aérosols contaminés issus de l eau de la nappe, via des utilisations telles que l arrosage ou le nettoyage de surfaces, semble assez bien contrôlé, du moins par le Service des Espaces Verts de la Ville de Lyon. Les usages des eaux sont relativement bien encadrés sur Lyon, le contact avec les eaux superficielles et souterraines reste ainsi limité. De plus, pour identifier un risque, il faudrait confirmer la présence dans l eau de la nappe d agents chimiques ou biologiques susceptibles de présenter un danger pour la santé humaine via la voie cutanée. L augmentation potentielle de la concentration en vapeurs de COV lié au réchauffement ne correspond pas obligatoirement à une hausse du risque d inhalation de celles-ci. Cela doit être vérifié, notamment grâce à l usage de modélisations. Cette situation concerne uniquement les zones à proximité immédiate de sites pollués par des COV, plus particulièrement par des solvants chlorés à Lyon. 5) Conclusion et perspectives L impact des PAC/CLIM sur l aquifère lyonnais a pu être observé, mais il est difficile de déterminer sa juste contribution au réchauffement de la nappe dans son Véronique LEPICIER Note de synthèse - Mémoire de l'ehesp

5 ensemble. Il serait intéressant de lancer une étude pour mieux différencier les effets de ces facteurs et déterminer l impact propre aux PAC/CLIM. Le premier problème apparaissant dans le développement des PAC/CLIM est le risque de compétition entre les usages et celui d interférence entre les installations, qui compromettrait la viabilité d une installation existante par l installation d une nouvelle à son amont hydraulique. Pour éviter au maximum cette situation et essayer d assurer une certaine durabilité aux PAC/CLIM, il est indispensable d organiser l autorisation des demandes d implantation de nouvelles installations. Tout d abord, il semble essentiel qu une référence soit établie pour désigner les PAC/CLIM et plus généralement les puits de pompage et de réinjection. En effet, à ce jour, la pratique ne montre pas d usage d un système unique et pérenne d identification des ouvrages tel que l indice BSS, utilisé dans la banque du sous-sol gérée par le BRGM. Ceci entraîne un manque de lisibilité. Il paraît également important que l inventaire des PAC/CLIM soit tenu à jour et comprenne un historique des installations ayant cessé de fonctionner. Une attention particulière devrait être portée à la densité des installations afin de veiller à privilégier des conditions favorables à l atténuation de la température des rejets, ainsi qu à la proximité de sites où la nappe est potentiellement polluée et de lieux où l eau de la nappe est utilisée. Enfin, il est possible d imposer des bonnes pratiques d exploitation, comme par exemple une température maximale de rejet, par le biais de prescriptions dans l arrêté préfectoral d autorisation d exploiter. Pour mieux appréhender les impacts du réchauffement lié à la présence de PAC/CLIM, le suivi des températures et de certains paramètres physicochimiques et biologiques de la nappe devrait être renforcé et orienté de façon spécifique aux problématiques des PAC/CLIM. La plupart des effets sanitaires potentiels ne paraissent pas vraisemblables bien qu il soit encore impossible de les exclure de façon catégorique en l état actuel des connaissances. Ainsi l encadrement et la surveillance des usages de la nappe est primordial. Ces incertitudes pourront être vraisemblablement levées une fois les impacts sur l environnement connus de manière plus précise. Le suivi des indicateurs de contamination fécale reste essentiel, même en absence d enjeu majeur identifié. Le risque lié à la volatilisation de solvants chlorés devra être étudié de manière plus approfondie afin d établir sa vraisemblance. Véronique LEPICIER - Mémoire de l'ecole des Hautes Etudes en Santé Publique