Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880) : étude de faisabilité BRGM

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1 Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880) : étude de faisabilité BRGM Rapport final BRGM/RP FR Juillet 2011

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3 Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880) : étude de faisabilité BRGM Rapport final BRGM/RP FR Juillet 2011 Y. Barthélémy, A. Dheilly Vérificateur : Nom : PERRIN Jérôme Date : 28/07/2011 Signature : Approbateur : Nom : VIGNERON Georges Date : Signature : En l absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique, l original signé est disponible aux Archives du BRGM. Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2008. I M AVRIL 05

4 Mots clés : Nappe des Grès Vosgiens (GTi), Nappe des alluvions, Forage, Piézomètre, Rabattement, Pompage, Drain, Ham-Sous-Varsberg, Moselle, Lorraine. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Barthélémy Y., Dheilly A. (2011) Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880). Étude de faisabilité. Rapport final. BRGM/RP FR, 74 p., 33 ill., 4 ann. BRGM, 2011, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM.

5 Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880). Etude de faisabilité Synthèse Dans la région minière de l Est de la France, après l arrêt des exhaures minières en décembre 2006, les niveaux des nappes sus-jacentes au réservoir minier (nappe des alluvions et nappe des Grès Vosgiens (aussi nommée Grès du Trias inférieur (GTi)) remontent, au risque d inonder, dans certains secteurs, les caves de zones bâties. L évolution des niveaux de la nappe des GTi après l arrêt des pompages a été modélisée par le bureau d études ANTEA, afin d anticiper la remontée de cette nappe. Des zones dites «sensibles» à la modification des niveaux de nappe ont été déterminées : présence de bâtiments avec sous-sol pouvant être ennoyé, vulnérabilité du bâti aux modifications des caractéristiques mécaniques des terrains constituant l assise des bâtiments. Sur Ham-sous-Varsberg, seules trois maisons pourraient être concernées, uniquement pendant les périodes de hautes eaux. La particularité de Ham-sous-Varsberg est la présence d alluvions, tourbeuses et peu perméables, dans la vallée de la rivière La Bisten qui coule au sud du village. Celles-ci étaient déjà en eau avant 2006 et leurs contours ne sont pas clairement définis. Elles reposent sur les Grès Vosgiens, qui affleurent dans le reste du bourg. Le bureau d études ANTEA a conseillé de ne pas dénoyer les formations alluvionnaires par pompage car cela pourrait avoir comme incidence de modifier les caractéristiques géotechniques des matériaux et d entraîner des désordres de surface pouvant affecter les bâtiments déjà fragilisés par les affaissements miniers du début des années Un piézomètre a été réalisé dans chaque nappe (alluvions et GTi) et les niveaux sont suivis régulièrement. Au niveau des deux piézomètres, les deux nappes sont libres et semblent en continuité hydraulique. Les évolutions temporelles de niveau sont parallèles. La nappe des GTi est à une cote légèrement supérieure, de 0,5 m à 1 m, à celle des alluvions. Le niveau de base des fluctuations des deux nappes est calé sur celui de la rivière La Bisten qui en est l exutoire. La mise en place du pompage dans le réservoir minier au niveau du Puits 1 de la Houve (pour empêcher la remontée d eau de mine ferrugineuse dans la nappe des GTi) n a pas eu d incidence sur les niveaux des nappes du secteur de Ham-sous- Varsberg qui ont continué à monter. Et d après la modélisation d Antéa, les forages de substitution aux exhaures miniers mis en place n auront pas d influence jusqu à Hamsous-Varsberg. Actuellement, les niveaux de nappe fluctuent au cours de l année, avec des périodes de recharge par les pluies efficaces en automne-hiver, et des périodes de décharge le reste de l année. Le niveau le plus bas de chaque année est toujours à une cote plus élevée que celui de l année précédente, ce qui indique que la phase de remontée générale des niveaux est en cours et que la stabilisation n est pas encore atteinte. BRGM/RP FR - Rapport final 3

6 La DREAL, lors de la réunion du 09/12/2010, a demandé au BRGM d étudier les possibilités de rabattement de nappe dans la zone des trois maisons potentiellement concernées par le risque d ennoyage de leurs caves au terme de la remontée des niveaux de la nappe des GTi. Localement, l enjeu serait de maintenir le niveau de la nappe sous la base des caves des trois maisons localisées sur les Grès pour écarter tout risque d ennoyage, tout en maintenant un niveau dans les alluvions au moins à +220 m NGF. Les trois maisons concernées sont : - n 1 rue de Guerting dont la cote cave est à 221,8 m NGF ; - n 1 rue de l Eglise dont la cote cave est à 221,1 m NGF ; - n 11 rue du Ruisseau dont la cote cave est à 220,5 m NGF. Cette dernière semble à cheval sur la limite entre les alluvions et les Grès. Or, les alluvions doivent rester en eau pour éviter des désordres sur le bâti. C est cet enjeu qui impose de maintenir le niveau de la nappe à une cote de 220 m NGF au moins. Il y aurait quatre possibilités de rabattement de nappe : - un forage dans les alluvions ; - un forage dans les Grès Vosgiens ; - des drains dans des tranchées sur une certaine longueur en amont et au droit de chaque maison ; - des rigoles aménagées à la base du sous-sol de chaque maison convergeant vers un puisard muni d une pompe d épuisement. Ces quatre solutions ont été étudiées et leurs avantages et inconvénients exposés. Il est préconisé de surseoir à la réalisation d un forage de rabattement dans les GTi ou à la mise en place de drains. En effet, au regard des coûts engendrés par ces deux procédés (études préalables et travaux), des difficultés de mise en œuvre, et des incertitudes liées à l aspect transitoire du contexte hydrogéologique local, les résultats ne sont pas garantis et peuvent créer davantage de problème qu ils ne sont censés en résoudre. Pour les trois maisons concernées par le risque de remontée de nappe dans les caves, la solution de l aménagement de rigoles à la base du sous-sol convergeant vers un citerneau avec pompe de surface individuelle pour renvoi de l eau dans le réseau pluvial, semble la mieux correspondre aux enjeux. De plus, elle est facile à mettre en œuvre et est la moins onéreuse. Si les caractéristiques de la nappe sont identiques à celles de Varsberg, le débit à évacuer sera de l ordre de 0,1 m 3 /h par mètre de front de nappe, soit, pour une maison, de l ordre de un à quelques mètres cube à l heure. Dans le cas d un contexte hydrogéologique différent, les débits devraient rester gérables par une pompe d épuisement. 4 BRGM/RP FR - Rapport final

7 Sommaire 1. Introduction Localisation Géologie Hydrogéologie HYDROGÉOLOGIE RÉGIONALE HYDROGÉOLOGIE LOCALE Données piézométriques locales Impact de la pluviométrie sur les niveaux piézométriques Les directions d écoulement Analyse des risques sur le bâti et les remontées d eau en fond de cave à Ham-sous-Varsberg ZONES SENSIBLES ET COTE D ALERTE PRINCIPALES CONCLUSIONS DES ÉTUDES D ANTEA (REF. DOCS 1 ET 2) Influence des forages de substitution Au niveau des alluvions Au niveau des Grès Vosgiens Incertitudes sur le site LOCALISATION DE LA LIMITE ALLUVIONS-GRÈS VOSGIENS NATURE DES TERRAINS CONSTITUANT LES ALLUVIONS INVENTAIRE DES CAVES EXISTANTES DIRECTIONS RÉELLES D ÉCOULEMENT Observations et mesures de terrain OBSERVATIONS Données de nivellement disponibles Solutions potentielles de rabattement de nappe FORAGE DE RABATTEMENT DANS LES ALLUVIONS BRGM/RP FR - Rapport final 5

8 9.2. FORAGE DE RABATTEMENT DANS LA NAPPE DES GTI Calcul analytique des caractéristiques du pompage Aspects réglementaires Risques liés au forage de rabattement dans les GTi DRAINS DANS TRANCHÉE, CITERNEAUX ET POMPAGE DEVANT LES TROIS MAISONS CONCERNÉES Les objectifs du drain Dimensionnement d un dispositif de drainage Désagréments et limites d un dispositif de drainage RIGOLES, CITERNEAUX ET POMPAGE Conclusions Bibliographie Liste des illustrations Illustration 1 : Illustration 2 : Illustration 3 : Illustration 4 : Localisation de la commune de Ham-Sous-Varsberg et des exploitations de houille locales (57) Géologie de la commune de Ham-sous-Varsberg (d après la carte géologique au 1/50 000) Extrait de la carte géologique prussienne n 23 de 1883 à 1/ (échelle graphique non respectée) Carte des isopièzes du secteur Ouest de la nappe des GTi à l échelle régionale (réf. doc3) Illustration 5 : Localisation des deux piézomètres d Ham-sous-Varsberg Illustration 6 : Caractéristiques des deux piézomètres d Ham-sous-Varsberg avec cotes observées en 2006, 2010 et cote d alerte Illustration 7 : Cycle de l eau (Wikipédia) Illustration 8 : Illustration 9 : Évolution annuelle des niveaux de la nappe en relation avec la pluviométrie efficace Comparaison de l évolution mensuelle de la pluviométrie à Porcelette et de la pluviométrie efficace à Seingbouse Illustration 10 : Période de pluie efficace à Seingbouse (57) Illustration 11 : Hauteur de pluie efficace annuelle entre 2007 et 2011, et moyenne sur la même période BRGM/RP FR - Rapport final

9 Illustration 12 : Évolution des niveaux de nappe (GTi et alluvions) à Ham-sous-Varsberg et des pluies efficaces à Seingbouse Illustration 13 : Isopièzes prévisionnelles en fin de remontée de la nappe des GTi d après la modélisation ANTEA (chiffes en bleu sur fond rose) et mesures des cotes du fil de l eau de la rivière en avril 2003 (chiffres en rouge sur fond bleu ciel) Illustration 14 : Localisation (en jaune) des trois maisons «sensibles» Illustration 15 : Mairie avec plan de la cave en surimpression Illustration 16 : Cave voûtée de la Mairie, avec traces d écoulement sur le sol en terre battue Illustration 17 : Rigoles et système d évacuation d eau au sol de la cave de la Mairie Illustration 18 : Maison du n 1 rue de l Eglise Illustration 19 : Maison du n 11 rue du Ruisseau Illustration 20 : Maison du n 1 rue de Guerting Illustration 21 : Rivère la Bisten au sud du village Illustration 22 : Cotes des seuils (bleu) et des caves (noir) des maisons, cotes de la chaussée (rose), du fil de l eau le 27/04/2011(rouge), des isopièzes simulées (bleu sur fond jaune), de la nappe des alluvions et des GTi en mars 2011 dans les piézomètres (violet), limite entre les alluvions et les Grès, d après la carte géologique à 1/ (vert clair) Illustration 23 : Zoom sur la zone sensible de Ham-sous-Varsberg Illustration 24 : Localisation du forage (en gris) devant la maison du n 1 rue de Guerting et le cône de rabattement théorique du pompage à la cote 220 m (en rouge) Illustration 25 : Définiton des différentes zones d appel du cône de dépression d un pompage dans une nappe inclinée Illustration 26 : Variation du débit de pompage en fonction de la transmissivité pour un rabattement de 0,5 m dans le piézomètre au bout de 30 jours de pompage (option 1) Illustration 27 : Localisation du forage(en gris) derrière la maison du n 1 rue de Guerting et le cône de rabattement théorique du pompage à la cote 220 m (en rouge) Illustration 28 : Variation des débits et des rabattements en fonction de la Transmisivité (option 2) Illustration 29 : Schématisation du pompage sur le site de Ham-sous-Varsberg Illustration 30 : Tracé recommandé pour le drain PVC et conduite de rejet à la Bisten Illustration 31 : Profil de charge en nappe libre Illustration 32 : Schéma d implantation d un drain routier Illustration 33 : Exemple de pompe vide-cave BRGM/RP FR - Rapport final 7

10 Liste des annexes Annexe 1 : Extrait de l Arrêté forage du 11 septembre 2003 et coupe-type de l aménagement de la tête des ouvrages Annexe 2 : Coupe technique du forage projeté Annexe 3 : Coupe technique du piézomètre projeté Annexe 4 : Coupes techniques des deux piézomètres de Ham-sous-Varsberg existants BRGM/RP FR - Rapport final

11 1. Introduction Du charbon a été exploité de 1895 à avril 2004 dans les secteurs Centre, Est et Ouest du Bassin houiller lorrain, sur les concessions de la Houve, Berviller, Bisten 1, Coume 3, Coume 4, Coume 5, Dalem, Niedervisse 1, Sarre et Moselle et De Wendel. L arrêt de l extraction du charbon dans la région Lorraine a entrainé l interruption des pompages miniers. Sur la concession de la Houve, le pompage minier de 22,5 m 3 /mn (1 350 m 3 /h) s est arrêté le 11/12/2006. Les eaux pompées provenaient, en très grande majorité, d infiltrations d eau de la nappe des Grès Vosgiens ou Grès du Trias inférieur (GTi) sus-jacente, au travers des couches du Permien (conglomérats de galets de quartz dans une matrice gréseuse, grès), par le biais de fractures créées par les travaux anthropiques sous-jacents. Le Permien, localisé au toit du Carbonifère (siège des exploitations de houille), jouait, avant les travaux miniers, le rôle de barrière étanche entre la nappe des GTi et le Carbonifère constitué de formations très peu productives en eau. Avec la saturation en eau des vides miniers ( ) et la suppression de la drainance par le fond, la nappe des GTi se recharge avec les pluies efficaces annuelles. Les niveaux remontent dans la nappe des GTi sur l ensemble des secteurs miniers, jusqu à la mise en place d un nouvel équilibre hydrogéologique, soit avec des cours d eau locaux drainants, soit avec des pompages programmés. Avant l arrêt de l exploitation minière, Charbonnages de France (CdF) a fait réaliser un certain nombre d études par le bureau d études ANTEA. L évolution des niveaux de la nappe des GTi après l arrêt des pompages a, ainsi, été modélisée afin d anticiper la remontée de cette nappe. Des zones dites «sensibles» à la modification des niveaux de nappe ont été déterminées : présence de bâtiments avec sous-sol pouvant être ennoyé, vulnérabilité du bâti aux modifications des caractéristiques mécaniques des terrains constituant l assise des bâtiments. Des solutions adaptées ont été proposées. Des piézomètres ont été implantés dans les deux milieux présents, les Grès vosgiens et les alluvions, pour suivre régulièrement l évolution réelle de la remontée des deux nappes selon les secteurs et réagir quand les cotes sensibles auront été atteintes. Une zone de la commune de Ham-sous-Varsberg (57) est classée en catégorie sensible. Elle a fait l objet d une étude spécifique (rapport ANTEA A45904 en avril 2007). Une cote «d alerte» du niveau local de la nappe des GTi a été définie pour la mise en place de solutions de rabattement de celle-ci dans la zone sensible. Fin 2010, cette cote «d alerte» est proche d être atteinte. C est pourquoi la DREAL a demandé au BRGM, lors de la réunion du 09/12/2010, d étudier les possibilités de rabattement de nappe dans la zone des trois maisons potentiellement concernées par le risque d ennoyage de leurs caves à la suite de la remontée des niveaux de la nappe des GTi, avec leurs avantages et inconvénients respectifs. BRGM/RP FR - Rapport final 9

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13 2. Localisation La commune de Ham-sous-Varsberg est localisée dans la partie occidentale de la concession de la Houve. De la houille a été extraite sous la commune, ce qui a eu comme conséquence de créer un affaissement minier qui a affecté le bâti au début des années Illustration 1 : Localisation de la commune de Ham-Sous-Varsberg et des exploitations de houille locales (57). BRGM/RP FR - Rapport final 11

14 Illustration 2 : Géologie de la commune de Ham-sous-Varsberg (d après la carte géologique au 1/50 000). 12 BRGM/RP FR - Rapport final

15 3. Géologie Au niveau de la commune de Ham-sous-Varsberg affleure le Grès vosgien principal (en rose ou orange sur les illustrations 2 et 3), avec la particularité de la présence au fond de la vallée de la rivière Bisten, située au sud du village, de dépôts d alluvions récents, localement très épais et peu perméables (argiles et tourbes, en blanc sur les illustrations 2 et 3). Une carte prussienne (n 23) de 1883/1887, c'est-à-dire, d avant les travaux miniers (la première mine date de 1895), donne une extension plus importante aux alluvions. Elles sont plus développées à l est de la rue du ruisseau que sur la carte géologique à 1/ L église et les maisons du début de la rue de l Eglise côté sud reposeraient sur ces alluvions. Illustration 3 : Extrait de la carte géologique prussienne n 23 de 1883 à 1/ (échelle graphique non respectée) BRGM/RP FR - Rapport final 13

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17 4. Hydrogéologie 4.1. HYDROGÉOLOGIE RÉGIONALE La formation des Grès vosgiens est le siège d un puissant aquifère (nappe des GTi). Dans le secteur Ouest du Bassin houiller lorrain, la piézométrie de la nappe des GTi a été modifiée par les exhaures de l exploitation minière. En effet, l eau pompée provenait, essentiellement, de la nappe des GTi percolant au travers des fractures anthropiques du Permien, couche intermédiaire entre les Grès vosgiens sus-jacents et le Carbonifère sous-jacent, siège des exploitations de houille. Localement, ces exhaures ont généré un rabattement de plus de 15 m dans le secteur des puits de la Houve, dit «entonnoir Barrois» (2 km au Sud-Ouest de la forêt de la Houve). Depuis l arrêt des exhaures en décembre 2006, le réservoir minier s est rempli jusqu à se mettre en charge sous les couches du Permien sus-jacent. Forages de substitution Puits 1 Ham Sous Varsberg F239 Illustration 4 : Carte des isopièzes du secteur Ouest de la nappe des GTi à l échelle régionale (réf. doc3). Afin d éviter des remontées d eaux de mine minéralisées (fer et sulfates) dans la nappe des GTi, il a été décidé de maintenir, par pompage, le niveau d eau du réservoir minier BRGM/RP FR - Rapport final 15

18 5 m sous le point le plus bas mesuré dans la nappe des GTi, et d accompagner la remontée de niveau de ces deux nappes en maintenant un écart de 5 m entre elles. Un pompage dans le réservoir minier a démarré le 26 novembre 2009 à partir de la cote + 185,90 m NGF du réservoir minier au niveau du Puits 1 (Marie) de la Houve (commune de Creutzwald). Au 31 décembre 2010, le niveau du réservoir minier se situait, dans le secteur de l entonnoir de Barrois, vers la cote m NGF avec un débit pompé au Puits 1 de l ordre de 70 m 3 /h. La nappe des GTi se situait alors à + 196,6 m NGF, au niveau du forage de référence F239 (cf. localisation sur illustration 4). Des failles majeures créent des compartiments dans la série des Grès vosgiens, et la nappe des GTi est libre dans chaque compartiment. À l échelle régionale, les écoulements qui transitent sous la commune de Ham-sous-Varberg se dirigent, selon une direction Est, puis Sud-Est, vers la dépression piézométrique existant sous la zone industrielle de Carling, induite par l exploitation de nombreux forages HYDROGÉOLOGIE LOCALE Données piézométriques locales Deux piézomètres ont été réalisés sur la commune de Ham-sous-Varsberg en Ils ont permis de connaître la nature des terrains traversés et de confirmer la présence de deux nappes différentes, la nappe des GTi (piézomètre HAM GTi) dans les Grès Vosgiens et la nappe des alluvions (piézomètre HAM ALL) dans les alluvions qui bordent la Bisten. Illustration 5 : Localisation des deux piézomètres d Ham-sous-Varsberg. 16 BRGM/RP FR - Rapport final

19 Le premier ouvrage, HAM ALL, a été implanté dans la parcelle 27 de la section 1, derrière la Mairie. Il a traversé uniquement des alluvions constituées de tourbes et limons sur 8 m d épaisseur, ce qui correspond à des dépôts de zone marécageuse, peu perméables. Le second, HAM GTI, a été implanté dans la parcelle 162 de la section 3, à proximité de la D72. Il a recoupé uniquement les Grès Vosgiens sur 18 m d épaisseur. Les coupes des ouvrages sont reportées en annexe 4. Désignation N BSS Géologie Profondeur (m) cote sol (m NGF) cote 11/04/2006 (m NGF) cote maximale en 2010 (m NGF) Variation (m) cote d'alerte au niveau du piézomètre (m NGF) HAM ALL 01396X0349 Alluvions HAM GTI 01396X0350 Grès Vosgiens Illustration 6 : Caractéristiques des deux piézomètres d Ham-sous-Varsberg avec cotes observées en 2006, 2010 et cote d alerte. non défini Impact de la pluviométrie sur les niveaux piézométriques Généralités sur le cycle de l eau et la recharge des nappes d eau souterraine Illustration 7 : Cycle de l eau (Wikipédia). BRGM/RP FR - Rapport final 17

20 Les précipitations efficaces (PE) correspondent à la quantité d eau de pluie qui reste disponible pour ruisseler ou s infiltrer vers les nappes après l évaporation au sol ou sur les plans d eau et l évapotranspiration par les plantes. Une partie de ces pluies efficaces ruisselle sur le sol et rejoint directement les cours d eau, le reste s infiltre dans le sol et participe à la réalimentation des nappes. Dans le secteur étudié de la Lorraine, l infiltration est largement prépondérante par rapport au ruissellement. Illustration 8 : Évolution annuelle des niveaux de la nappe en relation avec la pluviométrie efficace. En Europe, compte tenu des saisons et de la végétation, il n existe de pluies efficaces que lorsque la végétation est peu développée et les températures faibles, soit durant la période hivernale, comme cela est présenté sur la figure ci-dessous. La partie infiltrée de la pluie recharge les nappes souterraines, dont les niveaux remontent en conséquence durant cette période (hautes eaux). Pendant la saison sans recharge, les niveaux descendent (basses eaux) car les nappes d eau souterraine s écoulent vers 18 BRGM/RP FR - Rapport final

21 les points bas et participent à l alimentation des rivières, plans d eau, océans qui constituent leurs exutoires. C est pourquoi, on définit pour le cycle des nappes une année hydrologique, différente de l année civile, allant des basses eaux (début septembre) d une année donnée jusqu aux basses eaux (fin août) de l année suivante. L année hydrologique comprend une période de hautes eaux suivie d une période de basses eaux. Le niveau des basses eaux d une année étant, en régime naturel, directement lié à la quantité d eau rechargée pendant la période de hautes eaux précédente. Ainsi, les pluies efficaces participent aux débits des lacs, rivières, océan, soit directement par ruissellement, soit indirectement, après transit par la/les nappe(s) d eau souterraine. Analyse de la pluviométrie et de la remontée des nappes des alluvions et des GTi à Ham-sous-Varsberg Sur le graphique ci-dessous (ill. 9), la pluviométrie représentée est celle de la station météorologique de Porcelette (n ) et la pluviométrie efficace correspond à celle calculée par Météo-France à la station de Seingbouse (n ) sur la période Ces deux stations sont très proches de la commune de Ham-sous- Varsberg. Il apparaît nettement que, si la pluie est présente pratiquement tous les mois de l année, avec de fortes variations mensuelles, les pluies efficaces n existent que durant une courte durée de l année. La période de recharge des nappes, plus ou moins longue selon les années, se situe entre octobre et mars. La quantité de pluie efficace est également variable selon les années ; à titre indicatif, elle s est située à Seingbouse entre 160 mm ( ) et 308 mm ( ) par année hydrologique. La moyenne des pluviométries efficaces retenues pour la modélisation ANTEA était de 284 mm/an. Les valeurs réellement observées sont, depuis , inférieures à cette valeur. Les deux ouvrages de Ham-sous-Varsberg ont été nivelés afin de suivre et de comparer entre elles les cotes NGF des deux nappes. Le suivi des niveaux a été mis en place depuis mars 2006, soit avant l arrêt des exhaures miniers (le 11/12/2006). Les suivis ne sont pas continus. Ils sont mensuels de mars 2006 à décembre 2008, puis trimestriels ensuite. De ce fait, certaines évolutions piézométriques n ont pas pu être observées, notamment les points les plus hauts et les plus bas. À Ham-sous-Varsberg, au niveau des deux piézomètres, les deux nappes sont libres car elles affleurent. Elles semblent en continuité hydraulique. Les évolutions temporelles des courbes sont parallèles avec des variations annuelles. La nappe des GTi est à une cote légèrement supérieure, de 0,5 m à 1 m, à celle des alluvions qui est drainée par la Bisten. Il faut noter que la nappe des GTi doit être en charge sous les alluvions moins perméables et être également drainée par la Bisten. BRGM/RP FR - Rapport final 19

22 1-janv févr mars-06 1-avr mai-06 1-juin-06 1-juil août-06 1-sept oct nov déc janv févr mars-07 1-avr mai-07 1-juin-07 1-juil août-07 1-sept oct nov déc janv févr mars-08 1-avr mai-08 1-juin-08 1-juil août-08 1-sept oct nov déc janv févr mars-09 1-avr mai-09 1-juin-09 1-juil août-09 1-sept oct nov déc janv févr mars-10 1-avr mai-10 1-juin-10 1-juil août-10 1-sept oct nov déc janv févr mars-11 1-avr mai-11 1-juin-11 Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880). Étude de faisabilité Lame d'eau (mm/mois) Précipitations à la station de Porcelette Pluviométrie mensuelle à Porcelette et pluviométries efficaces à Seingbouse(57) Précipitations efficaces à la station de Seingbouse (57) Illustration 9 : Comparaison de l évolution mensuelle de la pluviométrie à Porcelette et de la pluviométrie efficace à Seingbouse. Année hydrogéologique Période de recharge octobre 2006 à mars décembre 2007 à mars novembre 2008 à mars novembre 2009 à février novembre 2010 à février 2011 Illustration 10 : Période de pluie efficace à Seingbouse (57). Illustration 11 : Hauteur de pluie efficace annuelle entre 2007 et 2011, et moyenne sur la même période. 20 BRGM/RP FR - Rapport final

23 1-janv févr mars-06 1-avr mai-06 1-juin-06 1-juil août-06 1-sept oct nov déc janv févr mars-07 1-avr mai-07 1-juin-07 1-juil août-07 1-sept oct nov déc janv févr mars-08 1-avr mai-08 1-juin-08 1-juil août-08 1-sept oct nov déc janv févr mars-09 1-avr mai-09 1-juin-09 1-juil août-09 1-sept oct nov déc janv févr mars-10 1-avr mai-10 1-juin-10 1-juil août-10 1-sept oct nov déc janv févr mars-11 1-avr mai-11 1-juin-11 Lame d'eau (mm/mois) Altitude piézométrique (m NGF)) Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880). Étude de faisabilité Evolution des niveaux de nappe sur les piézomètres de Ham-Sous-Varsberg et de la pluie efficace (PE) à Seingbouse(57) Arrêt des exhaures minieres Précipitations efficaces à la station de Seingbouse (57) Piézomètre de HAM GTi Piézomètre de HAM GTi Niveau de base Piézomètre des Alluvions Piézomètre de HAM ALL niveau de base PE annuelles 308 mm PE annuelles 160 mm PE annuelles 162 mm Démarrage du pompage de la Houve PE annuelles 206 mm PE annuelles 210 mm Illustration 12 : Évolution des niveaux de nappe (GTi et alluvions) à Ham-sous-Varsberg et des pluies efficaces à Seingbouse. La nappe des GTi Les niveaux piézométriques sont marqués par des cycles annuels de recharge par les pluies efficaces et de décharge par drainance par la Bisten. L effet des pluies efficaces sur les niveaux piézométriques est décalé de plusieurs mois dans le temps. Les petites remontées de niveau constatées en dehors des périodes de pluie efficace identifiées pourraient être dues à des pluies sur Ham-sous-Varberg non enregistrées à Steingbouse. Une remontée brusque des niveaux s observe en mars-avril 2007 (0,8 m). La pluviométrie efficace a été particulièrement abondante (308 mm) en De ce fait, il est difficile de distinguer ce qui est lié à l arrêt des exhaures ou à la pluie efficace. Néanmoins, il est vraisemblable que cette remontée des niveaux résulte de l effet conjugué des deux phénomènes car les niveaux des deux nappes ne sont jamais redescendus à la cote de Chaque période suivante de pluie efficace provoque des remontées de niveaux (courbes enveloppes rouges) suivies d une période de décharge. Quand on examine les niveaux les plus bas de chaque année hydrologique, on constate des valeurs stables à 220,4 m entre décembre 2007 et novembre Ensuite, les niveaux de base remontent, ce qui indiquerait que la remontée générale de la nappe est toujours en cours. Cette remontée ne peut être attribuée uniquement aux variations de pluie efficace. En effet, les niveaux commencent à remonter en pour une pluie efficace modeste, identique à BRGM/RP FR - Rapport final 21

24 celle de l année précédente (160 mm/an) ; cette hausse se poursuit les deux années suivantes ( et ) avec des pluies efficaces de 210 mm/an. La nappe des alluvions Les niveaux de la nappe des alluvions sont beaucoup plus irréguliers car davantage assujettis au niveau de la rivière et aux crues provoquées par les pluies. L effet de l arrêt des exhaures et de la pluviométrie importante de se marque par une augmentation des niveaux de 0,5 m entre fin 2006 et mars Puis, on retrouve l alternance de cycles de recharge et de décharge, avec la stabilité des points bas à 219,75 m entre octobre 2007 et octobre 2008, la tendance à la remontée de la nappe reprenant ensuite le dessus. Ces conclusions demandent cependant à être confirmées par les observations à venir (seulement 4 années de données disponibles aujourd hui). Influence de la mise en route du pompage de la Houve Dans le secteur du bourg de Ham-sous-Varsberg, la mise en route du pompage de la Houve (26/11/2009) n a pas eu de répercussion évidente, les niveaux ayant encore monté en 2010, autant dans les alluvions que dans les GTi. Influence des pompages de substitution D après la modélisation ANTEA, les forages de substitution (industriels ou AEP) aux exhaures minières dans le secteur de la Houve seront sans incidence sur la remontée de la nappe à long terme (réf. illustration 4). Il n est pas possible de faire le lien entre les niveaux de nappe observés et l exploitation des forages de substitution Les directions d écoulement Modélisation ANTEA Dans le secteur de Ham-sous-Varsberg, la modélisation des écoulements souterrains a été réalisée par Antéa à partir de mailles de 50 m de côté, avec calage des courbes sur le fil de l eau des cours d eau mesuré en avril 2003 (réf. illustration 13). Les directions d écoulement prévisionnelles sont d orientation nord-nord-ouest/sud-sud-est, en fonction des caractéristiques hydrogéologiques retenues et des conditions aux limites imposées au modèle. Par rapport aux prévisions de la modélisation (cf. Illustration 13), on constate que le niveau dans le piézomètre de la nappe des GTi, la cote la plus haute de l année 2011 : 221,23 m (le 17/03/2011) est en dessous de ce qui était envisagé (la courbe des 222 m devrait se situer plus à l ouest). Globalement, les niveaux observés sont bien en phase avec les niveaux prévisionnels simulés, mais la remontée des niveaux consécutive à l arrêt des pompages miniers n est sans doute pas terminée, comme semblent le montrer les évolutions piézométriques de l Illustration BRGM/RP FR - Rapport final

25 Il faut noter que la pluviométrie efficace moyenne prise en compte pour la modélisation était de 284 mm alors que la moyenne réelle de celle-ci pour la période est de 209,4 mm, soit inférieure aux prévisions. Directions d écoulement réelles Les données disponibles pour approcher les directions réelles d écoulement sont assez limitées : les niveaux suivis dans les deux piézomètres depuis 2006 et quelques mesures au fil de l eau. Le 27/04/2011, au droit du village, le fil de l eau de la Bisten se situe à 219,23 m en amont et 218,38 m en aval. Le 17/03/2011, la cote était de 220,18 m NGF pour le piézomètre dans les alluvions et de 221,23 m NGF à la même date pour le piézomètre dans les GTi. Au niveau des deux piézomètres de Ham-sous-Varsberg, la nappe est libre et les niveaux observés dans les piézomètres et la rivière indiquent que les deux nappes, celle des GTi et celle des alluvions, sont en continuité hydraulique et que le niveau de la nappe est calé sur celui de la rivière La Bisten qui est l exutoire des deux nappes. Sous les alluvions, la nappe des GTi doit être en charge et être drainée également par la Bisten. De ce fait, il est vraisemblable que les isopièzes soient approximativement parallèles aux courbes de niveau topographique et que les directions d écoulement soient, au niveau du carrefour étudié, de direction nord-sud plutôt que nord-nord-ouest/sud-sud-est. Le manque de mesure piézométrique (suivi en deux points seulement) ne permet pas de vérifier, sur le terrain les directions réelles d écoulement de la nappe. De plus, ces directions peuvent varier au cours de l année selon les cotes respectives des nappes et de la rivière. La détermination des directions d écoulement réelles demanderait la mise en place d un maillage de piézomètres et un suivi synchrone et régulier des niveaux. BRGM/RP FR - Rapport final 23

26 Illustration 13 : Isopièzes prévisionnelles en fin de remontée de la nappe des GTi d après la modélisation ANTEA (chiffes en bleu sur fond rose) et mesures des cotes du fil de l eau de la rivière en avril 2003 (chiffres en rouge sur fond bleu ciel) 24 BRGM/RP FR - Rapport final

27 5. Analyse des risques sur le bâti et les remontées d eau en fond de cave à Ham-sous-Varsberg 5.1. ZONES SENSIBLES ET COTE D ALERTE En , ANTEA a effectué, pour le compte de Charbonnages de France, une modélisation de la nappe des GTi afin de réaliser des prévisions sur la remontée de celle-ci après l arrêt des exhaures minières. Cela a conduit à déterminer des zones dites «sensibles» où le niveau de la nappe devrait remonter à moins de 3 m sous le sol et noyer les caves existantes. Une cote dite «sensible» a été définie comme étant le niveau situé 3 m sous le bâti le plus proche de chaque piézomètre de surveillance, ces piézomètres étant implantés au sein ou aux abords des zones bâties (réf. doc2). Cette cote «sensible» correspond à une date «critique». La cote «d alerte» est définie comme la cote atteinte une certaine durée avant la date «critique». En pratique, cette durée doit être suffisante pour permettre de mettre en œuvre les moyens de gestion des remontées de nappe prévues (forages de rabattement avec toutes les sujétions liées : alimentation en énergie, dispositif de rejet d eau, procédures administratives préalables...) (réf. doc2). Des cotes d alerte ont été définies sur chaque piézomètre attaché au suivi de la nappe des GTi (rapport ANTEA A47792/A de septembre 2007). Pour la commune de Hamsous-Varsberg, la cote d alerte de la nappe des GTi a été définie à 222,5 m NGF sur le piézomètre HAM GTi. Le suivi réel de la remontée du niveau d eau dans la nappe des GTi et les nappes alluviales en zones bâties est assuré par les agents de l UTAM Est qui réalisent des mesures trimestrielles dans les ouvrages. Sur Ham-sous-Varsberg, durant l année 2010, le niveau de la nappe des GTi a atteint 221,5 m NGF, ce qui a conduit la DREAL à demander à DPSM/UTAM EST d examiner les différents scénarios possibles pour contrôler une potentielle remontée de la nappe jusqu aux caves du bâti existant. BRGM/RP FR - Rapport final 25

28 5.2. PRINCIPALES CONCLUSIONS DES ÉTUDES D ANTEA (REF. DOCS 1 ET 2) Influence des forages de substitution Dans le secteur du bourg de Ham-sous-Varsberg, la mise en place des forages de substitution (industriels ou AEP) aux exhaures minières du secteur de la Houve a été simulée sans incidence sur la remontée de la nappe à long terme Au niveau des alluvions Les alluvions qui remplissent le fond de vallée de la Bisten dans le secteur de Hamsous-Varsberg sont épaisses (au moins 8 m), de nature tourbeuse et, de fait, peu perméables. Avant l arrêt des exhaures minières, le niveau de l eau se situait, déjà, entre 0,7 et 1,5 m de profondeur par rapport au terrain naturel et suivait les fluctuations de niveau de la Bisten. Les fondations des maisons situées dans les alluvions étaient déjà dans l eau en Les terrains alluvionnaires, de nature essentiellement tourbeuse et limoneuse, sont fortement compressibles. De ce fait, il n est pas conseillé de dénoyer la partie supérieure de ces formations par pompage de rabattement. Cela pourrait avoir comme incidence de modifier les caractéristiques géotechniques des matériaux et d entraîner des désordres de surface pouvant affecter les bâtiments, déjà fragilisés par les affaissements miniers du début des années Aucun seuil d alerte n a été défini dans les alluvions, l eau étant déjà très proche des fonds de cave dans le secteur Au niveau des Grès Vosgiens Les maisons implantées sur les GTi sont actuellement hors eau. Elles ont été également affectées par des affaissements miniers dans les années D après l étude Antéa, seulement trois habitations, implantées sur les Grès Vosgiens et ayant une cave, sont classées en situation «sensible» (d après la modélisation), c està-dire susceptibles de se retrouver en situation d ennoyage au terme de la remontée de la nappe, mais uniquement lors de périodes de hautes eaux exceptionnelles. Elles sont situées : - 1 rue de l église ; - 1 rue de Guerting ; - 11 rue du Ruisseau Une enquête de proximité a été effectuée avec nivellement du fond des caves des trois maisons. Il s avère que, dans les trois cas, le niveau de la nappe resterait, si les 26 BRGM/RP FR - Rapport final

29 prévisions de la modélisation sont suffisamment précises, entre 0.6 m et 1.5 m sous le niveau du radier des caves. La faible probabilité d un impact lié à la remontée de la nappe dans les GTi et la proximité immédiate des alluvions qu il ne fallait pas dénoyer a conduit Antéa à ne pas préconiser de forage de rabattement pour la commune de Ham-sous-Varsberg. n 1 rue de Guerting n 1 rue de l Eglise n 11 rue du Ruisseau Échelle : 1/ Illustration 14 : Localisation (en jaune) des trois maisons «sensibles». En orange : limite entre les alluvions et les Grès Vosgiens d après la carte géologique à 1/ et piézométrie future prévue par la modélisation ANTEA. BRGM/RP FR - Rapport final 27

30 Un seuil d alerte a néanmoins été arrêté à 222,5 m NGF dans le piézomètre des GTi, comme indicateur d un niveau de nappe à la cote voisine de m NGF au droit des trois maisons précitées (le piézomètre des GTi (HAM GTi) est placé topographiquement plus haut que les maisons concernées, illustration 13). 28 BRGM/RP FR - Rapport final

31 6. Incertitudes sur le site 6.1. LOCALISATION DE LA LIMITE ALLUVIONS-GRÈS VOSGIENS La limite alluvions-grès Vosgiens est celle de la carte géologique à 1/ D après celle-ci, les maisons situées au sud des rues de Guerting et de l Eglise seraient implantées sur les Grès Vosgiens, notamment le n 1 de la rue de l Eglise et le n 1 de la rue de Guerting (au nord de la rue). La maison du n 11 de la rue du Ruisseau serait à cheval sur cette limite. Sa position est importante car elle déterminera la cote des terrains à ne pas dénoyer en cas de mise en place d une solution de rabattement dans les Grès. Comme il a été indiqué au chapitre géologie, cette limite peut être différente selon les sources documentaires, notamment à l Est de la rue du Ruisseau NATURE DES TERRAINS CONSTITUANT LES ALLUVIONS Le piézomètre implanté derrière la Mairie a traversé 8 m de tourbes, mais très souvent les dépôts alluvionnaires ont des compositions variables et des distributions spatiales non homogènes. Ce peut être le cas sur Ham-sous-Varsberg. Cela peut engendrer des contrastes de perméabilité au sein de ces alluvions et avoir un impact sur les directions d écoulement. Les paramètres pressiométriques des terrains dans la tranche 0-4 m au niveau des trois maisons concernées ne sont pas connus INVENTAIRE DES CAVES EXISTANTES L inventaire des caves existantes dans la zone comprise entre le piézomètre des GTi, l Eglise et le ruisseau n est pas exhaustif. De ce fait, le nombre de maisons potentiellement concernées reste incertain. Cela paraît un élément important à connaître avant d arrêter un choix de rabattement de nappe. En effet, la zone sensible a été définie au carrefour des rues du Ruisseau, de l Eglise et de Guerting et est centrée sur 3 maisons mais d autres peuvent être éventuellement concernées selon l évolution future des niveaux de nappe DIRECTIONS RÉELLES D ÉCOULEMENT Les directions d écoulement réelles au droit du carrefour étudié ne sont pas établies. Par défaut, ce sont les directions d écoulement définies par la modélisation ANTEA qui seront retenues pour le secteur de Ham-sous-Varsberg. BRGM/RP FR - Rapport final 29

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33 7. Observations et mesures de terrain 7.1. OBSERVATIONS Le 27/04/2011, la cave de la mairie a été visitée. Bien que le niveau dans le piézomètre des alluvions situé derrière le bâtiment soit à 220,18 m au mois de mars précédent, la cave n avait pas été inondée à cette occasion alors que sa cote au sol se situe à 219,95 m, soit 23 cm au-dessous. Cependant, quelques traces d écoulement étaient observables au niveau du sol de terre battue, mais il y avait eu un orage la veille. La base des murs était humide. Au sol existe un système ancien de drainage avec évacuation vers l extérieur. D après l adjoint au Maire, la cave a déjà été inondée, notamment il y a une cinquantaine d années. Illustration 15 : Mairie avec plan de la cave en surimpression. BRGM/RP FR - Rapport final 31

34 Illustration 16 : Cave voûtée de la Mairie, avec traces d écoulement sur le sol en terre battue. Illustration 17 : Rigoles et système d évacuation d eau au sol de la cave de la Mairie. 32 BRGM/RP FR - Rapport final

35 Au n 1 rue de l Église, le sous-sol semi-enterré est observable, car constitué par un garage avec un accès en pente depuis la rue. En avril 2011, il n y avait aucune trace d humidité extérieure (il n a pas été visité). Illustration 18 : Maison du n 1 rue de l Église. Le n 11 rue du Ruisseau est une maison d allure ancienne dont le sous-sol semble semi-enterré (non visité). Illustration 19 : Maison du n 11 rue du Ruisseau. BRGM/RP FR - Rapport final 33

36 Le n 1 rue de Guerting est une maison imposante en taille dont le sous-sol n est pas visible de la rue (non visité). Il faut noter que le trottoir est légèrement surélevé devant la maison. Illustration 20 : Maison du n 1 rue de Guerting. La rivière la Bisten s écoule au sud du village selon une direction Ouest-Est. La tranche d eau et le débit étaient faibles en avril On aperçoit les graviers du fond du lit sur la photo ci-dessous. Le lit de la rivière peut accueillir des débits beaucoup plus importants avant débordement. 34 BRGM/RP FR - Rapport final

37 Illustration 21 : Rivère la Bisten au sud du village. BRGM/RP FR - Rapport final 35

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39 8. Données de nivellement disponibles Des mesures de nivellement ont été réalisées dans le cadre de l étude ANTEA (réf. illustration 22). Par GPS, les cotes du seuil des maisons d une partie du village ont été nivelées (chiffres en bleu sur la carte) et une cote de la base de la cave a été attribuée à toutes les maisons, soit la valeur mesurée in situ, soit, par défaut, une cote à 3 m en dessous de la cote du seuil (chiffres en noir sur la carte), sauf pour les maisons connues comme n ayant pas de cave. D après l étude ANTEA, seulement trois habitations, implantées sur les Grès Vosgiens et ayant une cave, sont classées en situation «sensible». Par ailleurs, des mesures de cote de chaussée ont été effectuées le 27/04/2011 pour mieux approcher la topographie locale (chiffres en rose sur la carte), ainsi que des mesures du niveau du fil de l eau de la rivière la Bisten (chiffres en rouge sur la carte). Une zone relativement plate, autour de 220 m NGF, se dessine à proximité de la Mairie, le long et à l est de la rue du Ruisseau. Dans cette dernière zone, la topographie descend en dessous de 220 m NGF et une zone humide affleure. La topographie remonte assez vite à l ouest du site et au nord des rues de Guerting et de l Église. BRGM/RP FR - Rapport final 37

40 Illustration 22 : Cotes des seuils (bleu) et des caves (noir) des maisons, cotes de la chaussée (rose), du fil de l eau le 27/04/2011(rouge), des isopièzes simulées (bleu sur fond jaune), de la nappe des alluvions et des GTi en mars 2011 dans les piézomètres (violet), limite entre les alluvions et les Grès, d après la carte géologique à 1/ (vert clair). 38 BRGM/RP FR - Rapport final

41 9. Solutions potentielles de rabattement de nappe L enjeu serait de maintenir le niveau de la nappe sous la base des caves des trois maisons de la zone sensible : - n 1 rue de Guerting dont la cote cave est à 221,8 m ; - n 1 rue de l Église dont la cote cave est à 221,1 m ; - n 11 rue du Ruisseau dont la cote cave est à 220,5 m, Pour cette dernière, il y a le problème particulier qu elle semble à cheval sur la limite entre les alluvions et les Grès. Or, les alluvions doivent rester en eau pour éviter des désordres sur le bâti, soit à une cote de 220 m NGF. Illustration 23 : Zoom sur la zone sensible de Ham-sous-Varsberg. Il y aurait quatre possibilités de rabattement de nappe : - forage dans les alluvions ; - forage dans les Grès Vosgiens ; - drains dans des tranchées sur une certaine longueur ; - aménagement, dans le sous-sol de chaque maison, de rigoles dirigées vers un puisard avec une pompe d épuisement. BRGM/RP FR - Rapport final 39

42 9.1. FORAGE DE RABATTEMENT DANS LES ALLUVIONS Comme cela a été dit précédemment, il est conseillé de ne pas dénoyer les alluvions tourbeuses déjà en eau au risque de créer de nouveaux désordres dans les maisons ayant leurs assises sur ce type de terrain. Aussi, la solution d un forage de rabattement dans les alluvions n est pas à retenir. Elle aurait d ailleurs été difficile à mettre en œuvre car les tourbes étant peu perméables, le rayon d action d un pompage serait très limité. La limite entre les formations des Grès Vosgiens et les alluvions est relativement imprécise, issue de la carte géologique à 1/ En partant de ce tracé, toutes les maisons de la rue du ruisseau au sud de cette limite (trait vert clair) ne devraient pas être dénoyées pour éviter des désordres sur le bâti. Une carte plus ancienne place l église et les maisons proches sur les alluvions ( 3). À part la Mairie qui a une cave de faible hauteur sous une partie du bâtiment, les autres maisons de la rue du Ruisseau n auraient pas de cave FORAGE DE RABATTEMENT DANS LA NAPPE DES GTI Une autre solution serait de réaliser un forage de rabattement dans la nappe des GTi dont le pompage serait régulé par le niveau de la nappe mesuré dans un piézomètre implanté dans les Grès, à proximité immédiate de la limite Grès Vosgiens-alluvions. La cote piézométrique à maintenir dans ce piézomètre se situerait entre 220,4 m NGF et 220 m, niveau observé depuis 2010 dans le piézomètre des alluvions situé près de la Mairie. Les investigations préalables nécessaires sont : - préciser la limite alluvions-grès par une campagne de sondages à la tarière à main motorisée, de 2 m de profondeur au minimum, car le scénario de pompage est à adapter en fonction de cette limite ; - connaître la position des canalisations, câbles électriques ou autres réseaux souterrains. Les objectifs du pompage de rabattement dans la nappe des GTI sont de réguler les niveaux piézométriques de façon à ce que le niveau de la nappe reste en dessous des cotes des caves. Comme il n est pas possible de garantir un niveau constant du fait des fluctuations naturelles, ce sont des fourchettes de niveau qui seront retenus : - sous la cote 221,8 m NGF sous la maison du n 1 rue de Guerting ; - sous la cote 221,1 m NGF sous la maison du n 1 rue de l Église ; - entre les cotes 220,4 et 220 m NGF sous la maison du n 11 rue du Ruisseau ; en limitant l extension du cône de rabattement du pompage à la limite Grès-alluvions pour ne pas dénoyer les alluvions et contrôler les niveaux par un piézomètre situé dans les Grès, près de la limite Grès-alluvions. 40 BRGM/RP FR - Rapport final

43 Calcul analytique des caractéristiques du pompage a) Option n 1 : Forage implanté devant le n 1 de la rue de Guerting et piézomètre positionné devant le n 1 de la rue du Ruisseau - sur le trottoir devant la maison du n 1 rue de Guerting pour le forage de rabattement ; - devant la maison du n 11 rue du Ruisseau pour le piézomètre. À défaut d une simulation faite avec la modélisation ANTEA, on propose un calcul analytique. Au niveau du trottoir devant le n 1 rue de Guerting, la cote du sol se situe vers 223 m, le niveau de la nappe devrait, d après la modélisation, se situer entre 220 et 221 m. Au droit de ce forage, il faudrait rabattre la nappe dans le forage de telle manière qu à 40 m (correspondant à la distance forage-maison du n 11 rue du Ruisseau), le niveau piézométrique soit lui aussi rabattu de 0,5 m, (de la cote 220,5 à la cote 220 m NGF). En théorie, le cône de rabattement à la cote 220 m borde la maison du n 1 rue de l Église et le pompage permettra de rabattre la nappe au droit de cette maison également. Cependant, la nappe ayant un gradient d écoulement, la zone influencée par le pompage ne sera pas un cercle mais un ovale (réf. illustrations 24 et 25). L emplacement du forage optimal se situe juste en face de la porte du garage, il sera vraisemblablement obligatoire de le déplacer sur le côté. Illustration 24 : Localisation du forage (en gris) devant la maison du n 1 rue de Guerting et le cône de rabattement théorique du pompage à la cote 220 m (en rouge). BRGM/RP FR - Rapport final 41

44 as le plus quent Lignes de courant Illustration 25 : Définiton des différentes zones d appel du cône de dépression d un pompage dans une nappe inclinée. Conditions de cotes de niveau Fonctionnement de la pompe d exhaure assujetti au niveau piézométrique mesuré dans le piézomètre proche du n 11 rue du Ruisseau : - cote maximale 220,4 m NGF ; - cote minimale 220 m NGF. Les valeurs des caractéristiques de la nappe des GTi retenues sont celles qui ont été déterminées sur la commune de Varsberg, dans le rapport ANTEA A37864/A de mai 2005 : - Transmissivité (T) = 2, m 2 /s - Coefficient d emmagasinement (S) = 0,05 T : Transmissivité de la nappe (m 2 /s) = (K) x (e), 42 BRGM/RP FR - Rapport final

45 K : coefficient de perméabilité des terrains de Darcy (m/s), e : épaisseur de l aquifère, S : coefficient d emmagasinement. Il est rappelé que les valeurs réelles de la Transmissivité et du coefficient d emmagasinement locales ne pourront être déterminées qu à partir des essais par pompage par paliers et de longue durée réalisés dans le forage de rabattement implanté sur Ham-sous-Varsberg. On suppose que le niveau de la nappe est à 220,5 m au droit du piézomètre situé devant la maison du n 11 rue du Ruisseau et qu il faut rabattre le niveau de 0,5 m dans ce piézomètre soit, à la cote 220 m. Le piézomètre est à 40 m du forage de rabattement. Calcul du débit de pompage dans la nappe On utilise la méthode d interprétation semi logarithmique de Jacob : Q : débit de pompage (m 3 /s), r : distance forage-piézomètre (m), Rabattement (s) = 0,183 Q/T log (2,25 Tt)/(r 2 S) t : temps écoulé depuis le début du pompage (s). Il faut rappeler que les variations de Transmissivité ont une grande influence sur les rabattements, beaucoup plus importante que les variations du coefficient d emmagasinement. En restant sur la nécessité de dénoyer 0,5 m au niveau du piézomètre, les débits à pomper peuvent évoluer de 1 à 35 m 3 /h en fonction des variations de la Transmissivité. débit (m3/h) Transmissivité (m2/s) Temps de pompage (jour) distance forage-piézomètre (m ) coef d'emmagasinement Rabattement forage (m) Rabattement piézomètre (m) Rabattement lié perte de charges( 20 % Rtf) Rabattement total forage Rtf (m) Illustration 26 : Variation du débit de pompage en fonction de la transmissivité pour un rabattement de 0,5 m dans le piézomètre au bout de 30 jours de pompage (option 1). BRGM/RP FR - Rapport final 43

46 Avec les caractéristiques de nappe identiques à ce qui a été observé à Varsberg, un débit de 10 m 3 /h dans le forage permettrait un rabattement de 0,5 m dans le piézomètre au bout d un mois de pompage et engendrerait un rabattement de 1,57 m dans le forage. Dans ce forage de production, il faut ajouter les pertes de charges quadratiques liées à l équipement de l ouvrage (lesquelles sont déterminées après sa réalisation). Ce rabattement complémentaire a été évalué dans l étude ANTEA (doc4) à 17 % du rabattement total, elles ont été ici considérées à 20 %. Cependant, il est préférable de prévoir un ouvrage qui débiterait le double ou le triple au cas où les caractéristiques de la nappe dans le secteur de Ham-sous- Varsberg seraient différentes. Pour pouvoir installer la pompe dans de bonnes conditions et anticiper des caractéristiques de nappe différentes de celles prévues, un ouvrage d une quarantaine de mètres de profondeur est recommandé. Le débit réel du forage sera déterminé après réalisation de l ouvrage et des essais en fonction des caractéristiques locales de la nappe des GTi. b) Option n 2 : Forage implanté à l arrière du n 1 de la rue de Guerting et piézomètre positionné sur le trottoir devant le n 11 de la rue du Ruisseau Illustration 27 : Localisation du forage(en gris) derrière la maison du n 1 rue de Guerting et le cône de rabattement théorique du pompage à la cote 220 m (en rouge). La distance forage-piézomètre est de l ordre de 100 m. Par rapport à l option n 1, la distance Forage-n 11 rue du Ruisseau passe de 40 à 100 m, ce qui conduit à augmenter le débit de pompage : 44 BRGM/RP FR - Rapport final

47 débit (m3/h) Transmissivité (m2/ s) Temps de pompage (jour) distance foragepiézomètre (m ) coef d'emmagasinement Rabattement forage (m) Rabattement piézomètre (m) Rabattement lié perte de charges( 20 % Rtf) Rabattement total forage Rtf (m) Illustration 28 : Variation des débits et des rabattements en fonction de la Transmisivité (option 2). Dans le contexte de Varsberg, il faut un débit de 15,5 m 3 /h pour rabattre de 0,5 m dans le piézomètre du n 11 rue du Ruisseau au bout d un mois de pompage. Mais il est préférable de prévoir un ouvrage qui débiterait le double, entre 50 et 60 m 3 /h, au cas où les caractéristiques de la nappe dans le secteur de Ham-sous- Varsberg seraient différents. Pour pouvoir installer la pompe dans de bonnes conditions et anticiper des caractéristiques de nappe différentes à celles prévues, un ouvrage d une cinquantaine de mètres de profondeur est recommandé ( Annexes 1 à 3) Aspects réglementaires Les forages et piézomètres devront être déclarés au titre de la Loi sur l eau (vaut déclaration au titre du Code minier) au titre de la rubrique pour le forage et au titre de la rubrique pour le prélèvement car, si le débit est de 10 m 3 /h toute l année, l exhaure annuel sera de m 3. On sera dans le cadre déclaratif pour un secteur situé en dehors d une zone de répartition Risques liés au forage de rabattement dans les GTi Éloigner le forage de pompage des besoins en rabattement conduit à réaliser un forage de plus grande capacité de pompage pour générer un cône de rabattement plus étendu, certainement plus difficile à gérer parce que son impact piézométrique sera plus complexe à contrôler du fait de l extension majorée de la zone rabattue. BRGM/RP FR - Rapport final 45

48 1 RUE DE Illustration 29 : Schématisation du pompage sur le site de Ham-sous-Varsberg. FORAGE Grès Vosgiens Niveau nappe avant pompage RUISSEAU PIEZOMETRE Niveau nappe en pompage La Bisten Tourbe Projet de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57880). Étude de faisabilité GUERTING 11 RUE DU Illustration 29 : Schématisation du pompage sur le site de Ham sous Varsberg. 46 BRGM/RP FR - Rapport final

49 Le problème posé par l asservissement du débit de la pompe du forage aux cotes de niveau relevées dans le piézomètre de contrôle (n 11 rue du Ruisseau) augmente, en outre, avec la distance séparant les deux ouvrages, et ce à double titre : - transmission du signal entre le piézomètre de contrôle et le forage de pompage ; - déphasage accru entre les mises en route/arrêts du pompage et les évolutions de niveau induites dans le piézomètre de contrôle, celles-ci étant retardées du fait de l inertie spatio-temporelle significative des nappes libres. Concrètement, cela signifie qu il faudra stopper le pompage avant que le niveau piézométrique n atteigne la cote inférieure qui lui est assignée. Cela demandera une phase de calage. Même si le modèle d écoulement développé par ANTEA restitue convenablement le fonctionnement du système aquifère, il n en demeure pas moins un modèle de simulation, avec toutes les schématisations et approximations associées. Il en découle que les simulations prévisionnelles conduites avec ce modèle sont inévitablement affectées d une marge d erreur, difficile à apprécier mais certainement pluricentimétrique. Ces incertitudes se répercutent de facto sur les zones menacées par des inondations de cave. Ce constat milite pour la mise en place d un dispositif de contrôle des niveaux piézométriques qui soit à la fois flexible et extensible, ce qui n est que partiellement le cas d un forage de pompage, dont le débit peut être modulé mais dont l emplacement est figé. Dans la mesure où l un des buts recherchés est de ne pas modifier les niveaux piézométriques des alluvions tourbeuses et limoneuses pour éviter les risques de désordres mécaniques qui pourraient en résulter, il serait préférable de disposer de plusieurs piézomètres de contrôle dans les alluvions. Outre le coût additionnel de ces ouvrages supplémentaires, une difficulté accrue d asservissement du débit de pompage en résulterait pour tenir compte au mieux des niveaux de nappe mesurés dans les différents points de contrôle. En avril 2007, ANTEA notait en p. 22 d une étude intitulée «Projet de forage de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg Analyse des risques sur le bâti et des remontées d eau en fond de caves» : «L enquête approfondie pour les trois maisons disposant de caves dans ce secteur (intersection des rues de Guerting, de l Église et du Ruisseau) montre que, par rapport au fond de cave mesuré sur ces trois habitations, le niveau d eau futur se situera au maximum à plus de 0,5 m sous le radier de ces caves. En conséquence, la mise en place d un forage de rabattement pour limiter les remontées d eau au droit du bâti, ne se justifie pas de ce point de vue». Vu le nombre très restreint de caves menacées d inondation, le coût et les difficultés de gestion d un tel dispositif, et la possibilité de mettre en place, au moins de façon provisoire tant que la remontée des nappes n est pas achevée, les dispositifs vide-cave décrits ci-après, nous préconisons de surseoir à la réalisation d un forage de rabattement dans les GTi. BRGM/RP FR - Rapport final 47

50 9.3. DRAINS DANS TRANCHÉE DEVANT LES TROIS MAISONS CONCERNÉES Il pourrait être envisagé de mettre en place un drain sur une certaine longueur en amont de la nappe, raccordé à un citerneau d où une pompe de reprise de surface renverrait l eau vers le réseau pluvial. Les investigations préalables nécessaires sont : - préciser la nature géologique et les paramètres pressiométriques des terrains dans la tranche 0-4 m au niveau des trois maisons concernées ; - préciser les directions réelles d écoulement de la nappe pour placer le drain dans la bonne direction ; - inventorier les contraintes foncières de façon à identifier les différents tracés de drain possibles ; - connaître la position des canalisations, câbles électriques ou autres réseaux souterrains Les objectifs du drain Les objectifs du drain sont les mêmes que pour un forage dans les Grès, c'est-à-dire rabattre la nappe des GTI selon les niveaux piézométriques imposés suivants : - sous la cote 221,8 m NGF sous la maison du n 1 rue de Guerting ; - sous la cote 221,1 m NGF sous la maison du n 1 rue de l Église ; - impérativement rester entre les cotes 200,4 et 220 m NGF sous la maison du n 11 rue du ruisseau ; en limitant l extension du cône de rabattement du pompage à la limite Grès-alluvions pour ne pas dénoyer les alluvions et la contrôler par un piézomètre situé dans les Grès, près de la limite Grès-alluvions Dimensionnement d un dispositif de drainage Localisation du drain Pour optimiser l efficacité du drain vis-à-vis des contraintes de niveau piézométrique à respecter sous les trois habitations menacées d inondation de cave, il est important que le drain soit implanté au plus près des habitations concernées. Compte tenu de la disposition des lieux, le tracé le plus pertinent emprunte la rue du Ruisseau, depuis son intersection avec les rues de Guerting et de l Église jusqu au franchissement de la Bisten (cf. Illustration 31), La pente naturelle du terrain permet en outre d évacuer gravitairement les eaux drainées vers la rivière. 48 BRGM/RP FR - Rapport final

51 Drain PVC Conduite de rejet Illustration 30 : Tracé recommandé pour le drain PVC et conduite de rejet à la Bisten. Caractéristiques techniques du drain Le schéma ci-dessous illustre le profil de charge d une nappe libre s écoulant dans un aquifère homogène entre une charge H1 à l amont et une charge H2 à l aval : BRGM/RP FR - Rapport final 49

52 surface de suintement H1 H(x) Perméabilité K H2 H2 0 L x Illustration 31 : Profil de charge en nappe libre. Le profil de charge est parabolique. Il est donné par l équation : H x) = H H H x 2 ( 2 1 ( ) L Le débit par unité de largeur vaut : q = K H 2 H 2 ( 1 2 ) 2L ou encore : q = K E avec E m = H H m ( H1 H 2 ) L,, épaisseur moyenne de la nappe soit encore q = T m (H1 H2)/L, où T m est la transmissivité moyenne de l aquifère. Le calcul de débit exposé ci-après est volontairement conduit avec des hypothèses majorantes pour évaluer le débit de drainage maximal à prévoir : - drain supposé orthogonal à la direction d écoulement de la nappe, alors que l angle formé par la rue du Ruisseau et la direction effective d écoulement se situe plutôt entre 0 et 45, ce qui réduit d autant la largeur du front d écoulement ; - longueur de drain = 125 m, depuis le trottoir nord de la rue de Guerting jusqu à la dernière maison de la rue du Ruisseau ; - transmissivité de l aquifère déterminée dans la commune de Varsberg = 2, m 2 /s (rapport ANTEA A37864/A) ; - charge piézométrique future simulée par ANTEA à proximité du piézomètre HAM GTI, c est-à-dire en amont hydraulique : H 1 = 222 m (cf. Illustration 22) ; - cote du fil d eau de la Bisten relevé le 27/04/2011 au point de franchissement par la rue du Ruisseau : H 2 = 219,038 m (cf. Illustration 22) ; - plus courte distance entre l isopièze 222 m et le pont sur la Bisten : L = 300 m. Sur ces bases, le débit drainé par unité de largeur du front d écoulement de la nappe des GTi vaut : q (m 3 /s/m) = T m (H1 H2) / L = 2, x ( ,038) / 300 : Soit q = 2, m 3 /s/m = 7, m 3 /h/m. 50 BRGM/RP FR - Rapport final

53 Pour une longueur de drain de 125 m, le débit total drainé s élève donc à 9,8 m 3 /h. On vérifie que ce débit de 10 m 3 /h est bien en accord avec les valeurs de 10 et 15,5 m 3 /h calculées pour les deux implantations testées au paragraphe 9.2 pour les forages de rabattement. Le principe d installation d un drain souterrain est présenté en partie gauche du schéma ci-dessous. Illustration 32 : Schéma d implantation d un drain routier. La partie droite présente un tube PVC spécialement conçu pour un drainage routier. Pour le drain de la rue du Ruisseau, il faut prévoir la mise en place de deux tubes de diamètre nominal 250 mm en parallèle, ce qui conduit à prévoir une tranchée de 800 mm de largeur. La cote du fond de la tranchée doit progressivement s abaisser du nord vers le sud de façon à ce que la base du drain PVC évolue linéairement de 221,0 m devant le n 1 de la rue de Guerting (cote sol = 223,1 m) à 219,9 m devant le n 11 de la rue du Ruisseau (cote sol = 221,0 m). Si l on prévoit une épaisseur de 10 cm de gravier filtrant sous la base du drain PVC, cela signifie que la profondeur de la tranchée doit passer de 2,2 m devant le 1, rue de Guerting à 1,2 m devant le 11, rue du Ruisseau. Entre le n 11 et la dernière maison de la rue du Ruisseau, pour éviter de modifier le contexte hydrogéologique actuel, le drain sera remplacé par une conduite de rejet en PVC à pente constante, permettant de caler la base du tube PVC à la cote 219,0 m au droit de la dernière maison. Au-delà et jusqu à la Bisten, le drain sera disposé au mieux de façon à évacuer sans difficulté le débit drainé. Au débouché dans la Bisten, la conduite de rejet sera munie d un clapet anti-retour destiné à éviter les remontées d eau pendant les crues de la Bisten et à interdire l accès de la conduite aux animaux et à la végétation. BRGM/RP FR - Rapport final 51

54 Désagréments et limites d un dispositif de drainage La mise en place de drains enterrés présente l avantage de permettre la protection d un quartier entier contre les remontées de nappe, mais il s agit d une solution techniquement difficile à mettre en œuvre dans une agglomération. En effet, la réalisation d une tranchée de pente uniforme capable de recevoir un drain de plusieurs dizaines de mètres de longueur implique d importants travaux de voirie. Ceux-ci nécessitent en général la coupure, puis la restauration, des nombreux réseaux logés dans le sous-sol urbain, ainsi que la pose d une conduite d évacuation des eaux drainées, vers le réseau pluvial ou une rivière proche. Ces travaux génèrent des perturbations significatives et durables pour les populations, ainsi qu un coût élevé pour la collectivité, même si les débits à traiter sont faibles et épisodiques. Un des gros handicaps d un tel dispositif tient, en outre, à son absence totale de flexibilité une fois qu il est installé, sa capacité de drainage découlant directement de son implantation, de son extension et de son positionnement altimétrique. Pour un contexte hydrogéologique en pleine évolution comme celui de Ham-sous- Varlsberg, il apparaît aujourd hui hasardeux de dimensionner un réseau de drainage alors même que les remontées de nappe consécutives à l arrêt des exhaures minières restent en partie indéterminées, même si elles ont été approchées par des études hydrogéologiques (théoriques) et par les modèles d écoulement souterrain développés par ANTEA. Les prévisions sont d autant plus délicates que les évolutions piézométriques futures seront aussi conditionnées par le maintien, le développement ou la réduction des pompages effectués dans la nappe des GTi pour l activité socioéconomique locale. Par ailleurs, la variabilité spatiale du milieu géologique et les fluctuations hydroclimatiques saisonnières et interannuelles sont telles que des incertitudes de quelques dizaines de centimètres sont inévitables sur les niveaux piézométriques, ce qui rend très difficile l évaluation précise des risques d inondation de cave et la délimitation spatiale des zones menacées. En outre, comme indiqué au , seules trois maisons ont été identifiées comme susceptibles de voir leurs caves inondées par des remontées de nappe, mais on ne peut exclure qu il y en ait d autres. La mise en place d un dispositif de rabattement par drains enterrés risquerait de n avoir qu une efficacité limitée s il s avérait insuffisamment étendu lorsque le phénomène de remontée de nappe sera achevé. Il semble donc beaucoup plus raisonnable, au moins pendant toute la phase évolutive de remontée de nappe, de disposer d un dispositif de régulation des niveaux piézométriques dont on puisse ajuster les effets en fonction des évolutions de niveau constatées et des fluctuations saisonnières liées à la variabilité hydroclimatique. Le procédé le plus souple, le plus adaptatif et le moins onéreux, est incontestablement celui de dispositifs individuels d épuisement de cave décrit dans la section suivante. 52 BRGM/RP FR - Rapport final

55 9.4. RIGOLES, CITERNEAUX ET POMPAGE Une dernière approche pour rabattre la nappe au droit des caves des trois maisons à risque est la mise en place d un dispositif d épuisement de cave. Concrètement, il s agit d aménager un puisard dans la partie basse de la cave et de le munir d une pompe de vidange refoulant vers le réseau pluvial. Le dispositif peut éventuellement être complété par quelques rigoles creusées à même le sol de la cave et convergeant vers le puisard, mais ce n est en général pas nécessaire si le puisard sollicite efficacement la formation géologique abritant la cave. Un dispositif vide-cave est classiquement constitué d un puisard de récupération des eaux ( 50 cm, profondeur 60 cm à 1 m de profondeur) creusé en fond de cave, dans lequel est installée une pompe vide-cave submersible. D une puissance de 200 à W, ces pompes ont en général un débit de 5 à 15 m 3 /h pour une hauteur de refoulement de 5 à 10 m. Elles sont munies d un mécanisme de mise en marche et d arrêt automatique déclenché par un flotteur lorsque le niveau d eau fluctue dans le puisard. Selon les modèles, les pompes sont conçues pour des eaux claires ou des eaux chargées de matières en suspension. Fonctionnant de plusieurs années sans entretien, leur coût ne dépasse pas quelques centaines d euros. Si les caractéristiques de la nappe sont identiques à celles de Varsberg, le débit à évacuer sera de l ordre de 0,1 m 3 /h/m par mètre de front de nappe, soit, pour une maison, de l ordre de un à quelques mètres cube à l heure. Dans le cas d un contexte hydrogéologique différent, les débits devraient rester gérables par une pompe d épuisement. Cette dernière approche est celle que nous préconisons pour sa facilité de mise en œuvre, son faible coût et sa flexibilité. Illustration 33 : Exemple de pompe vide-cave. BRGM/RP FR - Rapport final 53

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57 10. Conclusions En Lorraine, l arrêt des exhaures minières depuis 2006 a provoqué la remontée des niveaux des nappes sus-jacentes au réservoir minier. L évolution des niveaux de la nappe des GTi après l arrêt des pompages a été modélisée par le bureau d études ANTEA afin d anticiper la recharge de cette nappe. Des zones dites «sensibles» à la modification des niveaux de nappe ont été déterminées : présence de bâtiments avec sous-sol pouvant être ennoyé, vulnérabilité du bâti aux modifications des caractéristiques mécaniques des terrains constituant l assise des bâtiments. Sur Ham-sous-Varsberg, trois maisons pourraient être concernées, en principe uniquement pendant les périodes de hautes eaux. Sur cette commune, l évolution des niveaux des deux nappes présentes est suivie à partir de deux piézomètres. Le premier est implanté dans les alluvions (constituées de tourbes peu perméables) qui occupent le fond de la vallée de la Bisten au sud du village, et le second est localisé plus au nord dans les Grès Vosgiens (nappe des GTi). Au niveau des deux piézomètres, les deux nappes sont libres et semblent en continuité hydraulique, les évolutions temporelles de niveau sont parallèles. La nappe des GTi est à une cote légèrement supérieure, de 0,5 m à 1 m, à celle des alluvions. Le niveau de base des deux nappes est calé sur celui de la rivière La Bisten qui en est l exutoire. Les niveaux dans les deux nappes fluctuent selon les saisons. Actuellement, la stabilisation des niveaux n est vraisemblablement pas terminée car ceux-ci continent encore à monter. Les directions d écoulement doivent varier au cours de l année selon les cotes respectives des nappes et de la rivière. La mise en place du pompage dans le réservoir minier au niveau du Puits 1 de la Houve (commune de Creutzwald) (pour empêcher la remontée d eau de mine ferrugineuse dans la nappe des GTi) n a pas eu d incidence sur les niveaux des nappes du secteur de Ham-sous-Varsberg qui ont continué à monter. Et d après la modélisation d Antéa, les forages de substitution aux exhaures miniers mis en place n auront pas d influence jusqu à Ham-sous-Varsberg. À la suite d une demande de la DREAL, le BRGM a étudié les possibilités de rabattement de nappe dans la zone des trois maisons potentiellement concernées par le risque d ennoyage de leurs caves à la suite de la remontée des niveaux de la nappe des GTi (déterminée par le bureau d études ANTEA). Localement, l enjeu serait de maintenir le niveau de la nappe des GTi sous la base des caves des trois maisons localisées sur les Grès pour écarter tout risque d ennoyage, tout en maintenant un niveau dans les alluvions à au-moins à +220 m NGF. Les trois maisons concernées sont : - n 1 rue de Guerting dont la cote cave est à 221,8 m NGF ; - n 1 rue de l Église dont la cote cave est à 221,1 m NGF ; BRGM/RP FR - Rapport final 55

58 - n 11 rue du Ruisseau dont la cote cave est à 220,5 m NGF. Pour cette dernière, il y a le problème particulier qu elle semble à cheval sur la limite entre les alluvions et les Grès. Il y aurait trois possibilités de rabattement de nappe : - Il est préconisé de surseoir à la réalisation d un forage de rabattement dans les GTi ou à la mise en place de drains. En effet, les coûts engendrés par ces deux procédés (études préalables et travaux), les difficultés de mise en œuvre et l aspect transitoire de la situation hydrogéologique actuelle font que les résultats ne sont pas garantis et peuvent créer davantage de problèmes qu ils ne sont censés en résoudre. - Pour les trois maisons concernées par le risque de remontée de nappe dans les caves, la solution de l aménagement de rigoles à la base du sous-sol convergeant vers un citerneau avec pompe de surface individuelle pour renvoi de l eau dans le réseau pluvial, semble la mieux correspondre aux enjeux. De plus, elle est facile à mettre en œuvre et est la moins onéreuse. Si les caractéristiques de la nappe sont identiques à celles de Varsberg, le débit à évacuer sera de l ordre de 0,1 m 3 /h/m par mètre de front de nappe, soit, pour une maison, de l ordre de un à quelques mètres cube à l heure. Dans le cas d un contexte hydrogéologique différent, les débits devraient rester gérables par une pompe d épuisement. 56 BRGM/RP FR - Rapport final

59 11. Bibliographie Les sources d informations utilisées sont les suivantes : - Carte géologique à 1/ du BRGM ; - Carte géologique prussienne n /1887 ; - Rapport ANTEA : Projet de forage de rabattement de nappe à Ham-sous-Varsberg (57) Analyse des risques sur le bâti et des remontée d eau en fonds de caves- Avril A45904/A, désigné comme doc1 ; - Rapport ANTEA : Zones sensibles aux remontées de nappe Cotes d alerte dans les piézomètres GTi Septembre A47792/A, désigné comme doc2 ; - Rapport BRGM/RP FR : Bassin houiller lorrain. Surveillance eau. Secteurs Ouest, Centre et Est. Rapport annuel Vicentin S. (2011), désigné comme doc3 ; - Rapport ANTEA : Réalisation d un forage de rabattement de nappe à Varberg (57) A37864/A du 20 mai 2005 désigné comme doc4 ; - Rapport ANTEA : Étude de préfaisabilité d un système de drainage dans le fossé d effondrement du WEIHERGRABEN (57) Modélisation à l état futur long terme moyennes eaux - A47171/A Juillet 2007 désigné comme doc5. - Rapport ANTEA : Secteur Ouest La Houve (57). Étude détaillée des remontées de la nappe après ennoyage des mines sur la concession de La Houve. Zoom hydrogéologique - A32023/A 20 - Octobre BRGM/RP FR - Rapport final 57

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61 Annexe 1 Extrait de l Arrêté forage du 11 septembre 2003 et coupe-type de l aménagement de la tête des ouvrages BRGM/RP FR - Rapport final 59

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63 Arrêté du 11 septembre 2003 portant application du décret n du 2 février 1996 et fixant les prescriptions générales applicables aux sondage, forage, création de puits ou d ouvrage souterrain soumis à déclaration en application des articles L à L du code de l environnement et relevant de la rubrique de la nomenclature annexée au décret n du 29 mars 1993 modifié Article 7 Le site d implantation des sondages, forages, puits, ouvrages souterrains est choisi en vue de maîtriser l évacuation des eaux de ruissellement et éviter toute accumulation de celles-ci dans un périmètre de 35 mètres autour des têtes des sondages, forages, puits et ouvrages souterrains. Le soutènement, la stabilité et la sécurité des sondages, forages, puits et ouvrages souterrains, l isolation des différentes ressources d eau, doivent être obligatoirement assurés au moyen de cuvelages, tubages, crépines, drains et autres équipements appropriés. Les caractéristiques des matériaux tubulaires (épaisseur, résistance à la pression, à la corrosion) doivent être appropriées à l ouvrage, aux milieux traversés et à la qualité des eaux souterraines afin de garantir de façon durable la qualité de l ouvrage. Afin d éviter les infiltrations d eau depuis la surface, la réalisation d un sondage, forage ou puits doit s accompagner d une cimentation de l espace interannulaire, compris entre le cuvelage et les terrains forés, sur toute la partie supérieure du forage, jusqu au niveau du terrain naturel. Cette cimentation doit être réalisée par injection sous pression par le bas durant l exécution du forage. Un contrôle de qualité de la cimentation doit être effectué ; il comporte à minima la vérification du volume du ciment injecté. Lorsque la technologie de foration utilisée ne permet pas d effectuer une cimentation par le bas, d autres techniques peuvent être mises en œuvre sous réserve qu elles assurent un niveau équivalent de protection des eaux souterraines.... Article 8 Pour les sondages, forages, puits et ouvrages souterrains qui sont conservés pour prélever à titre temporaire ou permanent des eaux souterraines ou pour effectuer leur surveillance, il est réalisé une margelle bétonnée, conçue de manière à éloigner les eaux de chacune de leur tête. Cette margelle est de 3 m² au minimum autour de chaque tête et 0,30 m de hauteur au-dessus du niveau du terrain naturel. Lorsque la tête de l ouvrage BRGM/RP FR - Rapport final 61

64 débouche dans un local ou une chambre de comptage, cette margelle n est pas obligatoire ; dans ce cas, le plafond du local ou de la chambre de comptage doit dépasser d au moins 0,5 m le niveau du terrain naturel. La tête des sondages, forages, puits et ouvrages souterrains s élève au moins à 0,5 m audessus du terrain naturel ou du fond de la chambre de comptage dans lequel elle débouche. Cette hauteur minimale est ramenée à 0,2 m lorsque la tête débouche à l intérieur d un local. Elle est en outre cimentée sur 1 m de profondeur comptée à partir du niveau du terrain naturel. En zone inondable, cette tête est rendue étanche ou est située dans un local lui-même étanche. Un capot de fermeture ou tout autre dispositif approprié de fermeture équivalent est installé sur la tête du sondage, forage, puits ou ouvrage souterrain conservé pour prélever à titre temporaire ou permanent des eaux souterraines ou pour effectuer leur surveillance. Il doit permettre un parfait isolement du sondage, forage, puits ou ouvrage souterrain des inondations et de toute pollution par les eaux superficielles. En dehors des périodes d exploitation ou d intervention, l accès à l intérieur du sondage, forage, puits, ouvrage souterrain est interdit par un dispositif de sécurité. Les conditions de réalisation et d équipement des forages, puits, sondages et ouvrages souterrains conservés pour prélever à titre temporaire ou permanent des eaux souterraines ou pour effectuer leur surveillance doivent permettre de relever le niveau statique de la nappe au minimum par sonde électrique. Tous les sondages, forages, puits et ouvrages souterrains conservés pour prélever à titre temporaire ou permanent des eaux souterraines ou pour effectuer leur surveillance sont identifiés par une plaque mentionnant les références du récépissé de déclaration. 62 BRGM/RP FR - Rapport final

65 Annexe 2 Coupe technique du forage projeté BRGM/RP FR - Rapport final 63

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67 Forage pouvant recevoir une pompe de 6 pouces (150 mm ) - Foration au rotary à la boue en 560 mm de 0 à -10 m ; - Equipement en tubage acier de 10 mm d épaisseur (au plus) mm de -10 m à +0,3 m ; - Cimentation sous pression de l extrados du tubage acier (entre le terrain et l extérieur du tubage acier) sur une couronne, d au moins, 5 cm d épaisseur ; - Reprise du forage au rotary en 311 mm (12 ¼) de -10 à -50 m ; - Équipement en tubage P.V.C. vissé en mmm avec bouchon de pied de +0,3 m à -50 m, plein de +0,2 m à -20 m, crépiné de -20 m à -50 m, fentes de 2 mm ; - Mise en place du massif filtrant constitué de gravier siliceux roulé calibré 2,5/5 mm dans l espace annulaire : gravillonnage à l extrados du tubage 180 mm de -50 m à -11,5 m ; mise en place d un bouchon de sobranite de -11,5 à -10,5 m, cimentation de l espace anulaire entre l extérieur du tubage P.V.C. 180 mm et l intérieur du tubage acier 346 mm de -10,5 m à 0 m ; - Tête de puits (conforme à l Arrêté du 11 septembre) : coffre de protection muni d un couvercle fermé à clé ( > 356 mm) dépassant de 0,5 m du sol naturel et ceint d une margelle bétonnée en dôme de 3 m 2 au minimum autour de la tête et de 0,30 m de hauteur au-dessus du niveau du terrain naturel ; - Nettoyage à l air lift et barbotage avec injection d hexamétaphosphate en circuit fermé ; - Pompage de nettoyage à différents débits avec cycles d arrêt-marche ; - Pompage par paliers puis démarrage du pompage d essai de 24 h au débit déterminé par l essai par paliers ; - Prélévement d un échantillon d eau pour analyse ; - Rapport de chantier : coupe géologique et technique, essai par paliers et essai par pompage avec interprétation. BRGM/RP FR - Rapport final 65

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69 Annexe 3 Coupe technique du piézomètre projeté BRGM/RP FR - Rapport final 67

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71 Piézomètre dans les Grès vosgiens - Foration au rotary à la boue diamètre 8 1/2 (216 mm) de 0 à 10 m ; - Équipement en tube P.V.C. 5 1/2, muni d un bouchon de pied, plein de +0,3 m à -3 m et crépiné de -3 m à -10 m avec des fentes de 2 mm ; - Gravillonné à l extrados du tubage P.V.C. 5 1/2 (140 mm), de -10 m à -2,5 m, avec du gravier siliceux roulé 2.5/5 mm, mise en place d un bouchon de sobranite de -2,5 à -2 m et cimentation de -2 m à 0 m ; - Tête de puits : coffre de protection muni d un couvercle fermé à clé ( > 140 mm) dépassant de 0,5 m du sol naturel et ceint d une margelle bétonnée en dôme de 3 m 2 au minimum autour de la tête et de 0,30 m de hauteur au-dessus du niveau du terrain naturel. BRGM/RP FR - Rapport final 69

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73 Annexe 4 Coupes techniques des deux piézomètres de Ham-sous-Varsberg existants BRGM/RP FR - Rapport final 71

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75 BRGM/RP FR - Rapport final 73

76 Piézomètre des alluvions 74 BRGM/RP FR - Rapport final

77 Centre scientifique et technique 3, avenue Claude-Guillemin BP Orléans Cedex 2 France Tél. : Département Prévention et Sécurité Minière Unité territoriale après-mine Est 2, avenue de la Moselle Freyming-Merlebach France Tél. :