BRGM. Commune de VILLE-sur-ILLON (Vosges) Avril 1993 R NAC 4S 93. Lieu-dit "Varachamp" M. ALLEMMOZ J. CHEVALIER B. POLLET. Document non public

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1 BRGM Commune de VILLE-sur-ILLON (Vosges) Etude d'aptitude des sols pour la réalisation d'un lagunage Lieu-dit "Varachamp" M. ALLEMMOZ J. CHEVALIER B. POLLET Avril 1993 R NAC 4S 93 Document non public

2 RESUME Le BRGM - Agence de Nancy a réalisé, à la demande de la commune de VILLE-sur-ILLON (88), une série de 4 sondages à la tarière à main et 4 essais de perméabilité PANDA sur le site de "Varachamp ", en vue de connaître l'aptitude des sols à un éventuel lagunage d'eaux usées. Les sondages à la tarière à main (1,8 m de profondeur au maximum) montrent que les terrains superficiels correspondent aux alluvions argileuses de l'iuon, probablement mélangées à des matériaux couuvionnaires. Les niveaux d'eau mesurés par rapport au terrain naturel sont peu profonds (-1,1 à -1,7 m) : une réalisation des bassins en remblai est seule envisageable. Les perméabilités verticales mesurées sont très hétérogènes. Il est possible, toutefois, d'avancer une valeur moyenne comprise entre 2.10"^ et 3.10"^ m/s pour les limons argileux présents au droit du site sur une épaisseur de 0,8 à 1,3 m (et qui reposent sur des niveaux argileux plastiques). Ce demier point pénalisant montre qu'il est nécessaire, si le projet se concrétise, d'étanchéifier les terrains superficiels de façon à obtenir une valeur de perméabilité inférieure ou égale à lagunage. Q 10' m/s, couramment admise pour la réalisation de bassins de Par ailleurs, parallèlement à une étude de faisabilité de méthodes d'étanchéification des terrains, il paraît nécessaire de reconnaître : - les relations entre les écoulements naturels dans les alluvions argileuses et les cours d'eau (principalement l'iuon) bordant le site ; - la nature des terrains en profondeur (2 à 5 m) au droit du site ; - les qualités géotechniques des terrains devant servir à l'édification des digues des futurs bassins. MOTS CLES Ville-sur-Illon - Vosges - Lagunage - Aptitude des sols Rapport BRGM R NAC 4S 93

3 TABLE DES MATIERES Page 1 - PROBLEME POSE, LOCALISATION GEOGRAPfflQUE CONTEXTE TOPOGRAPfflQUE CONTEXTE GEOLOGIQUE Généralités Reconnaissance à la tarière à main CADRE HYDROLOGIQUE CADRE HYDROGEOLOGIQUE Généralités Reconnaissance à la tarière à main ESSAIS DE PERMEABILITE Méthode utilisée Résultats CONCLUSIONS, RECOMMANDATIONS, LISTE DES FIGURES DONNEES EN ANNEXE 1 Carte de localisation au 1/ du site d'étude. 2 Localisation du projet de lagunage et des essais réalisés (au 1/1.000). 3 Coupes des sondages à la tarière à main. 4a Essai au perméamètre PANDA : essai n 1. 4b Essai au perméamètre PANDA : essai n 2. 4c Essai au perméamètre PANDA : essai n 3. LISTE DES ANNEXES Descriptif de la méthode de mesure de perméabilité aux doubles anneaux PANDA. Rapport BRGM R NAC 4S 93

4 1 - PROBLEME POSE. LOCALISATION GEOGRAPfflOUE (Cf. figures 1 et 2) La commune de VilIe-sur-IIIon [ * ] (88) souhaite mettre en oeuvre un lagunage de traitement de ses eaux usées sur une parcelle d'environ 1 ha située à l'ouest du village, à l'aval immédiat du confluent du Rupt d'aillé avec l'illon, lieu-dit "Varachamp". A cet effet, elle a confié au BRGM - Agence de Nancy, une étude d'aptitude des sols qui comprend au niveau de la parcelle concernée : - une reconnaissance des terrains à la tarière à main sur 1,5 m d'épaisseur environ ; - des mesures de perméabilité des sols au perméamètre PANDA (technique des doubles anneaux) 2 - CONTEXTE TOPQGRAPHIOUE On admet généralement qu'il est nécessaire de disposer de 10 m^ de surface de lagunage par équivalent - habitant, ce qui représente pour la commune de VilIe-sur-IUon (500 équivalents - habitants) m^. La parcelle étudiée a donc une topographie convenable (environ m^) pour réaliser un lagunage d'eaux usées. En outre, sa surface relativement plane (pente moyenne estimée inférieure à 2 %)[**] constitue un facteur favorable supplémentaire. Par contre, on devra vérifier que la cote topographique minimale du site (300 m NGF) se situe au-dessus du niveau de la crue décennale de l'illon. Dans le cas contraire, un endiguement en partie basse du site sera nécessaire. [ * ] 470 habitants, activités principales : petite laiterie employant 5 à 10 personnes, 7 exploitations agricoles (élevage bovin : 80 têtes en moyenne par exploitation, assainissement par fosses à lisier). [ * * ] Cotes NGF comprises entre 300 et 303 m. Rapport BRGM R NAC 4S 93

5 3 - CONTEXTE GEOLOGIQUE 3.1. Généralités Le site étudié est implanté partiellement, d'après la carte géologique au 1/ d'epinal, sur les alluvions de l'iuon. Ces alluvions reposent sur les couches grises (Muschelkalk moyen) représentées par des marnes grises feuiuetées, à gypse et anhydrite, épaisses d'environ 30 m au maximum (une vingtaine de mètres, au niveau du forage communal situé à m à l'est/nord-est du projet) Reconnaissance à la tarière à maîn (jcf. figure 3) Quatre sondages à la tarière à main (profondeur maximale = 1,8 m) montrent en surface du site : - 0,2 à 0,3 m de terre arable ou végétale, reposant sur - des argiles limoneuses brun clair à jaune sur une épaisseur moyenne de 0,6 à 1,0 m surmontant - des argiles plastiques brun clair à jaune pouvant renfermer des passages avec éléments carbonates millimétriques à centimétriques (Tl, T2, T4) ou même charbonneux (bois flottés sur T4). Ces formations correspondraient aux auuvions argileuses de l'iuon, mêlées à des produits couuvionnaires issus du versant droit de la Vallée de l'iuon. Elles ont été reconnues sur une épaisseur totale de 4 à 5 m au niveau du forage communal voisin. 4 - CADRE HYDROLOGIQUE Le site est bordé à l'est par le ruisseau du Rupt d'aule, affluent de l'iuon, au Sud. L'écoulement de l'ulon s'effectue d'est en Ouest. L'IUon se situe du point de vue qualité des eaux superficielles [* ] en classe M (pollution excessive) au niveau de l'agglomération de VUle-sur-IUon, ainsi qu'au droit et à l'aval du site. [ * ] Carte de la qualité des cours d'eau : Agence de l'eau Rhin-Meuse ( ). Rapport BRGM R NAC 4S 93

6 5 - CADRE HYDROGEOLOGIQUE 5.1. Généralités L'AEP communal de VUle-sur-IUon (n de Code Minier : 339.1X.40) capte les grès du Trias inférieur. Cette formation qui constitue un aquifère captif dont le toit se situe à environ 50 m de profondeur au droit du site, est notamment protégée par une vingtaine de mètres de couches grises décrites dans le Reconnaissance à la tarière à main (Cf. figure 3) Les niveaux d'eau, mesurés dans les sondages à la tarière à main, correspondent à des écoulements dans les alluvions argileuses. Ils varient de -1,1 m (T4) à -1,7 m (T2) par rapport au terrain naturel. La direction d'écoulement probable s'exercerait du versant vers l'iuon. Ces niveaux d'eaux relevés en période d'étiage et relativement peu profonds montrent qu'il est difficile de réauser des bassins en excavation. Un endiguement en remblai doit être envisagé (ce point est à reuer à la protection contre les cmes de l'iuon, 2). 6 - ESSAIS DE PERMEABILITE 6.1. Méthode utilisée Les mesures de perméabilité verticales sont effechiées par la méthode PANDA ou des doubles anneaux dont le principe général est exposé en annexe. Cette méthode permet de mesurer les perméabilités de terrains dans une gamme comprise entre 10"^ et 10"^ m/s Résultats A proximité de chaque sondage à la tarière à main est effectué un essai de perméabilité verticale après décapage de la terre végétale sur une épaisseur moyenne de 0,3 m, de façon à atteindre les argiles limoneuses. Rapport BRGM R NAC 4S 93

7 La forte perméabilité mesurée dans un premier temps sur T2 a conduit à tester les argiles limoneuses à une plus grande profondeur, après décapage des terrains sur 0,7 m (la perméabiuté mesurée reste toutefois très forte). Les valeurs de perméabilités mesurées (ramenées à la température de 20 "C), très hétérogènes, sont les suivantes : Kl =2,6.10"^ m/s K2 = 1,4.10'^ m/s K3 =2,0.10-^ m/s K4 > l.lo-'^m/sc*] Une valeur moyenne sur les 4 essais réalisés est de l'ordre de 4.10'^ m/s (bien que cette valeur soit peu représentative du fait du faible nombre d'échantillons et d'un écart important entre les valeurs). L'examen in-situ des terrains lors de la réalisation des mesures montre que les essais n 1 et 3 paraissent les plus représentatifs de la perméabilité des argues limoneuses du site. L'essai n 2 correspondrait localement à un passage plus argileux. L'essai n 4, bien que situé à une plus grande profondeur que les autres, et perturbé par la présence de nombreuses galeries de vers de terre. On retient donc la fourchette suivante : ^K^ m/s pour la perméabilité des limons argileux au droit du site. Ces valeurs sont nettement supérieures à la valeur-guide maximale de 10" m/s nécessaire pour réaliser correctement un lagunage. [ * ] En limite de la gamme de mesure de l'appareil. Ia valeur estimée (mais non fiable) est de l'ordre de I.IO"^ m/s. Rapport BRGM R NAC 4S 93

8 7 - CONCLUSIONS. RECOMMANDATIONS Le site de "Varachamp" présente les avantages et inconvénients suivants, en ce qui concerne la faisabiuté d'un lagunage : - topographie : surface totale suffisante, terrain relativement plat. Un endiguement de protection contre les crues de l'iuon devra certainement être prévu ; - hydrogéologie : la protection du captage communal est assurée par les couches grises. Par contre, du fait de niveaux d'eau peu profonds dans les alluvions, les bassins devront être réalisés en surélévation par rapport au terrain naturel, à l'aide de digues en remblai ; - perméabilité : les valeurs trop fortes mesurées constituent le principal facteur pénalisant. Une étanchéification par le biais de membranes type PVC ou PEHD, ou à l'aide de matériaux argileux environnants, ou encore avec de la bentonite, peut être envisagée. En parallèle à une étude de faisabuité de systèmes d'étanchéification des terrains, il paraît nécessaire, si le projet se concrétise, de reconnaître : - par le biais de tranchées à la pelle mécanique, la nature des terrains en profondeur (2 à 5 m) au droit du site. Certains sondages pourront être équipés à l'aide de tubes de drainage en piézomètres pour préciser les relations entre les écoulements au sein des alluvions argileuses et les deux cours d'eau (l'iuon et le Rupt d'aule), et mesurer les fluctuations dans le temps des niveaux d'eau ; - par des essais géotechniques in-situ et/ou en laboratoire, les qualités géotechniques (aptitudes au talutage et au compactage) des terrains devant servir à l'édification des digues des futurs bassins. Rapport BRGM R NAC 4S 93

9 Etude d'aptitude des sols pour la réausation d'un lagunage Lieu-dit "Varachamp" ANNEXES M. ALLEMMOZ J. CHEVALIER B. POLLET Avril 1993 R NAC 4S 93 Document non pubuc

10 CARTE DE LOCALISATION DU SITE D'ETUDE Figure 1 ECHELLE : 1/ Bttrait àekcsïteïgh au 1/2S 000 n' de Dtmpaire soo - t mètres

11 Figure 2: Localisation du projet de lagunage et des essais réalisés P: Essais de perméabilité au perméamètre PANDA T: Sondages à la tarière à main 50 mètres

12 Figure 3: Coupes des sondages à la tarière à main ^ 0,2m Terre végétale.argiles jaunes altérées limoneuses 1,4m S 5=32 IjOm l,lnl Argiles jaunes altérées plastiques canportant quelques \ëlëments calcaires roulés millimétrlcaies 1, 55 N^Argiles jaunes altérées plastiques Fond du trou.,7m -^ ^ ^Ç^ ^0 p^25nite^evégétale_ Argiles jaunes altérées limoneuses 0,8ra r Argiles jaunes altérées l,.4m l,65ni 1,8m. Argiles jaunes altérées plastiques Argiles jaunes altérées plastiques à éléments calcaires roulés '\millimétriques â centimétriques Fond du trou ^ 1-0 0,25ra Terre végétale Argiles brun-vert puis jaunes altérées limoneuses 1,45m 2.= T 1,3m Argiles jaunes êiltérées plastiques 1,8m'''Fond du trou 1,1m? ^ o,25m Terre végétale Argiles jaunes altérées limoneuses 1/Om Argiles jaunes altérées plastiques comportant quelques l 2jxî éléments calcaires roulés millimétriques Argiles plastiques brun foncé à éléments calcaires roulés l,7m'vmillijtiétriques et centimétriques et débris charbonneux Fond de trou ECHELLE 1:50

13 FIGURE 4a 2500 ESSAI AU PERMEAMETRE PANDA (B.R. G.M.) Ville sur Ilion - Essai n 1 k 2000 "^~-^ j 500 ^^\ i 09 & ^ -500, "^--^ ^^^^'--^ , Temps (minutes) Points expérimentaux ' Ajustement linéaire

14 FIGURE b ESSAI A U PERMEAMETRE PANDA (B.R. G. M.) Ville sur Ilion - Essai n 2 h ''~~~~~~~~~---^ a > ç ) 3 & ^ ,._ , Temps (minutes) 40, ,0 Points expérimentaux ' Ajustement linéaire

15 FIGURE 4c ESSAI AU PERMEAMETRE PANDA (B.R. G.M.) 2500 Ville sur Ilion - Essai n ,N 03 U c 0) a C3> "03 C: ^~~~~-« Temps (minutes) 2,0 2,5 3,0 Points expérimentaux ' Ajustement linéaire

16 PANDA Perméamètre à affichage numérique Méthode double anneaux PRINCIPE DE L'APPAREIL L'infiltromètre est constitué par deux anneaux concentriques enfoncés dans le sol et remplis d'eau sur une épaisseur de 60 à 100 mm. Le diamètre de l'anneau interne est de 125 mm. Le principe de la méthode repose sur la mesure de l'infiltration d'une lame d'eau dans l'anneau interne, le rôle de l'anneau externe étant de maintenir vertical le flux issu de l'anneau interne. Après une phase transitoire de saturation, le flux d'infiltration tend vers une constante qui est égale à la perméabilité de saturation. L'infiltration dans l'anneau inteme est mesurée au moyen d'un flotteur dont la position est connue à l'aide d'un capteur inductif relié à un fréquencemètre. La variation de niveau étant inférieure à 3 mm, on considère que l'essai se fait à charge constante. Les deux anneaux peuvent être isolés pour diminuer l'amplitude des variations thermiques dans le cas des faibles perméabilités (< 10E-9 m/s). Les mesures bmtes peuvent être éventuellement corrigées de l'influence de la dilatation de l'eau et de la variation de viscosité avec la température pour obtenir une perméabilité K à 20''C. Cette perméabilité est égale à la vitesse de variation de la hauteur de la lame d'eau. REFERENCES Nombreuses mesures de perméabilités déjà réalisées pour le compte: - du ministère de l'environnement, service des Déchets, - de l'agence Nationale pour la Récupération et l'elimination des Déchets (ANRED), - de la CEE, - de Directions Départementales de l'equipement, - d'exploitants de décharges, France Déchets, Monin Ordures Services, etc.. - d'industriels. Raffinerie du Midi, Cie. Française des Forges et Fonderies, CDF- AZF, Sucrerie d'alberville, etc..