UTILISATION DES EAUX SOUTERRAINES POUR LE CHAUFFAGE ET LA CLIMATISATION DE L'HOTEL BRISTOL à LYON-PERRACHE (69) ETUDE DE FAISABILITE HYDROGEOLOG1QUE ET TECHNIQUE R.1050.RHA.4S/90 JUIN 1990 par M. MARTELAT BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES Service géologique régional Rhône-Alpes 29. boulevard du 11 -Novembre 1 91 8 - B.P. 608-69604 VILLEURBANNE CEDEX Tél.: 78.89.72.02
UTILISATION DES EAUX SOUTERRAINES POUR LE CHAUFFAGE ET LA CLIMATISATION DE L'HOTEL BRISTOL à LYON-PERRACHE (69) - ETUDE DE FAISABILITE HYDROGEOLOGIQUE ET TECHNIQUE - RESUME Dans le cadre du programme de rénovation de l'hôtel BRISTOL à Lyon-Perrache, le maître d'ouvrage, avec le concours du bureau d'études et d'architecture HOTELCO, envisage d'utiliser les eaux souterraines pour le chauffage et la climatisation des locaux par PAC. Le débit d'exploitation nécessaire est évalué à 2 m /h. L'agence régionale Rhône-Alpes du BRGM a été chargée de l'étude de faisabilité hydrogéologique et technique du projet. L'intervention du BRGM a comporté : - le recueil et l'analyse des données hydrogéologiques et hydrométriques disponibles concernant le secteur de la presqu'île ; - un pompage d'essai sur deux puits existants dans les sous-sols en vue de leur réutilisation ; - des simulations sur modèle mathématique concernant trois configurations envisageables de dispositif d'exploitation.
Les fluctuations de la nappe sont liées a celles du Rhône et entraînent un risque de submersion des sous-sols en cas de crue d'ordre décennal. La température de l'eau est en moyenne de 15,8 C ; ses caractéristiques physico-chimiques la rendent instable. Les résultats des simulations conduisent à proposer un dispositif permettant de réutiliser pour le rejet le puits qui présente des caractéristiques hydrauliques conformes à l'exploitation envisagée. Le temps de percée est évalué à,8 et le recyclage, à l'issue d'un cycle d'exploitation de 6, à 8,9 %. Celui-ci sera cependant en grande partie compensé par la régénération thermique de l'aquifère exploité en cycles alternés. Le dispositif implique la mise en place en sous-sol d'un nouvel ouvrage d'exhaure. Celui-ci sera réalisé au moyen de pointes filtrantes foncées par battage ou vibro-percussion. Le coût des travaux est évalué à 70 000 F H.T. - Interlocuteurs : - Maître d'ouvrage, Hôtel BRISTOL M. CAYOL - Maître d'oeuvre, H0TELC0 M. COUPAT - Responsable de l'étude, auteur du rapport M. MARTELAT
- 1 - SOMMAIRE Pages 1 - PRESENTATION DU PROJET 4 1.1 - Modalités administratives objet des travaux 4 1.2 - Situation 4 1. - Contexte général du projet 4 1.4 - Conditions d'exploitation 5 2 - CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE 5 2.1 - Conditions hydrogéologiques 5 2.2 - Données hydrogéologiques 6 - PIEZOMETRIE 6.1 - Données piézométriques et hydrométriques 6.2 - Configurations de la piézométrie 7. - Direction et gradient d'écoulement 7.4 - Fluctuations piézométriques 8.5 - Niveaux caractéristiques 9 4 - EXPLOITATIONS AUX ABORDS DU SITE 10 5 - DIAGNOSTIC CONCERNANT LES PUITS EXISTANTS 11 5.1 - Implantation des ouvrages 11 5.2 - Caractéristiques techniques des ouvrages 11 5. - Pompages d'essais 11 5.4 - Planning des essais 12 5.5 - Caractéristiques hydrauliques des ouvrages 12
- 2-6 - QUALITE DE L'EAU 1 6.1 - Caractéristiques physico-chimiques 1 6.2 - Mesures in situ 14 7 - CONCEPTION DU DISPOSITIF D'EXPLOITATION 17 7.1 - Configuration du dispositif 17 7.2 - Etude des recyclages thermiques 18 8 - CHOIX D'UNE SOLUTION 21 9 - PROGRAMME DE TRAVAUX 22 9.1 - Situation des ouvrages 22 9.2 - Ouvrage d'exhaure 2 9. - Ouvrage de rejet 25 10 - CONCLUSIONS 26
- - - LISTE DES FIGURES - Figure 1 : Plan de situation au 1/10 000. Figure 2 : Carte piézométrique hautes-eaux, d'ordre annuel, le 24.06.70. Figure : Carte piézométrique basses-eaux, le 9.09.70. Figure 4 : Piézométrie quartier Perrache, du 01.11.89 au 28.02.90. Figure 5 : Configurations du dispositif d'exploitation. Figure 6 : Caractéristiques hydrauliques du puits existant n 1. Figure 7 : Trajectoires des lignes de courant, configuration C1. Figure 8 : Trajectoires des lignes de courant, configuration C2. Figure 9 : Trajectoires des lignes de courant, configuration C. - ANNEXES - Annexe 1 : - Analyse physico-chimique de l'eau. - Examen microscopique des dépôts recueillis sur filtre. Annexe 2 : - Résultats des simulations sur modèle mathématique K0UR0S. - Configuration C1 : rejet à 18,50 m de l'exhaure. - Configuration C2 : rejet à 2,50 m de l'exhaure. - Configuration C : rejet à 46,50 m de l'exhaure.
1 - PRESENTATION DU PROJET 1.1 - Modalités administratives objet des travaux Ce projet s'inscrit dans le programme mis en oeuvre pour la rénovation de l'hôtel BRISTOL à Lyon-Perrache. Le maître d'ouvrage, avec le concours du bureau d'études et d'architecture HOTELCO France, envisage l'installation d'une pompe à chaleur sur eau de nappe (PAC) pour le chauffage et la climatisation des locaux. Dans ce cadre, l'agence Rhône-Alpes du BRGM a été chargée de l'étude de faisabilité hydrogéologique et technique du dispositif d'exploitation de la nappe, qui fait l'objet du présent rapport. 1.2 - Situation (fig. 1) L'hôtel BRISTOL se situe dans le quartier de Perrache, sur la presqu'île entre le Rhône et la Saône, et à l'intérieur du quadrilatère formé par : - le cours de Verdun, - la rue Delandine, - la rue du Bélier, La parcelle occupée par l'hôtel est reportée sur le plan de situation figure. 1. 1. - Contexte général du projet Le dispositif d'exploitation de nappe nécessite deux ouvrages pour
- 5 - l'exhaure et le rejet de l'eau souterraine nécessaire à la PAC. On dispose dans les sous-sols de l'établissement de deux puits anciens, qui pourraient être utilisés, s'ils présentent des caractéristiques hydrauliques conformes à l'exploitation prévue. Par ailleurs, il n'existe aucun espace disponible à l'extérieur des bâtiments permettant l'amenée et l'installation d'une sondeuse pour la mise en oeuvre de forages traditionnels. De ce fait, les travaux qui se révéleront nécessaires devront être mis en oeuvre en sous-sols au moyen de techniques spécialement adaptées. 1.4 - Conditions d'exploitation hiver. '- Le débit d'exploitation est évalué à 2 m /h, 24 heures sur 24, été comme 2 - CONTEXTE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE 2.1 - Conditions hydrogéologiques La presqu'île dans le quartier de Perrache est formée par les alluvions fluviatiles sablo-graveleuses du Rhône et de la Saône. Celles-ci sont masquées en surface par un important recouvrement de remblai et reposent sur un substratum rocheux granito-gneissique, par l'intermédiaire d'un horizon très développé de sables aréneux provenant de l'altération du socle sous-jacent. Les alluvions sont constituées de sables, graviers et galets qui leur confèrent une bonne perméabilité. Elles sont le siège d'une importante nappe alluviale en relation hydraulique avec les cours d'eau qui la bordent à l'est et à l'ouest.
- 6-2.2 - Données hydrogéologiques Elles proviennent des forages de reconnaissance et des pompages d'essai entrepris par la SEMALY, en vue de la réalisation de la ligne A du métro. Les emplacements de ces ouvrages sont reportés sur le plan de situation figure 1. L'interprétation de ces données permet d'évaluer comme suit les caractéristiques hydrodynamiques de l'aquifère au droit du site concerné.. Puissance moyenne de l'aquifère alluvial : H = 20 m. Perméabilité de Darcy : K = 1,50.10" m/s -2 2. Transmissivité : T =,0.10 m /s - P1EZ0METR1E.1 - Données piézométriques et hydrométriques Pour l'établissement de la piézométrie de la nappe sur le quartier de Perrache, on dispose : - des observations recueillies de mai 1970 a novembre 1971 sur le reseau piézométrique mis en place sur la presqu'île par la CNR ; - des enregistrements piézométriques sur le réseau d'observation BRGM, soit pour le quartier de Perrache :. Piézomètre n 698-6X-004 de la patinoire de Perrache, observé de 1980 à 1986 (détruit en 1986) ;. Piézomètre n 698-6Q-104 du cours Charlemagne, mis en service en 1988 en remplacement du précédent.
- 7 - Les emplacements de ces piézomètres sont reportés sur le plan de situation figure 1 ; - des données hydrométriques concernant le Rhône et la Saône, et qui proviennent du Service de la Navigation et de la CNR..2 - Configurations de la piézométrie Les relevés synchrones, de 1970 à 1971, du réseau piézométrique CNR ont permis d'établir deux cartes piézométriques représentant deux états distincts de la nappe : La carte figure 2 représente les hautes-eaux d'ordre annuel. Elle a été établie d'après les relevés du 24.06.1970 où, après les pluies de printemps, la nappe était fortement remontée sans atteindre cependant des niveaux de caractère exceptionnel. La forme incurvée des courbes montre une forte réalimentation au centre de la presqu'île en provenance de l'amont. Cette configuration résulte du profil des lignes d'eau du Rhône avec une mise en charge de la nappe à l'amont du pont de la Guillotière et un drainage à l'aval. La carte figure représente la nappe en basses-eaux. Elle a été établie d'après les relevés du 9.09.1970, consécutifs à un régime d'étiage peu accentué du Rhône et de la Saône. Dans ce cas, on constate une réalimentation prépondérante de la nappe à partir du Rhône sur tout le secteur de la presqu'île. * Remarque : Les niveaux piézométriques sont exprimés en cotes NGF orthométriques.. - Direction et gradient d'écoulement suit : D'après les cartes piézométriques figures 2 et, ils s'établissent comme
- 8 - au es_eaux ' Ecoulement ' Basses-eaux ' ' Moyenne ' annuelles Direction par 245 218 21 rapport au Nord Gradient 4.10" 4.10" 4,5.10" 4 Entre les deux états de la nappe considérés, on ne constate pas de modification importante de la direction et du gradient d'écoulement, celui-ci restant dans les deux cas très faible..4 - Fluctuations piézométriques (figure 4) Le graphique de la figure 4 donne une image très explicite des fluctuations piézométriques sur ce secteur de la presqu'île, en relation avec le régime du Rhône : - les données piézométriques sont celles recueillies sur le piézomètre n 698-6Q-104, situé à 400 m à l'aval hydraulique de l'hôtel Bristol ; - la période d'observation présentée, de novembre 89 à février 90, a été marquée par la crue exceptionnelle mais très brève du 16 février 1990 (d'ordre décennal), où la nappe a atteint la cote 16,55 m, pour un niveau du Rhône au pont Morand à 165,62 m (NGF normal). On constate que les fluctuations du Rhône se transmettent instantanément à la nappe. Elles sont cependant très amorties sur ce secteur par rapport à celles du fleuve au pont Morand, en raison d'une certaine convergence des lignes d'eau résultant de la régulation des aménagements de Pierre-Bénite.
- 9 - Cependant, le niveau maximum de la nappe connu sur le secteur a été observé en mai 198 sur le piézomètre de la patinoire de Perrache où il atteignait la cote 164,0 m (NGF normal). 11 correspondait au niveau du Rhône au pont Morand de 165,25 m (NGF normal). L'amplitude de cette crue est légèrement inférieure à celle de février 1990 mais s'est maintenue sur une plus longue durée. Dans les mêmes circonstances, le niveau de la nappe à l'hôtel Bristol s'établirait à la cote 164,55 m (NGF normal), soit environ à,00 m en contrebas du niveau de la chaussée du cours de Verdun..5 - Niveaux caractéristiques La corrélation de l'ensemble des données hydrométriques et piézométriques disponibles permet d'évaluer comme suit les niveaux caractéristiques au droit du site de l'hôtel Bristol, exprimés en cotes NGF normal : - Etiage 161,90 m - Niveau le plus fréquent 162,15 m - Hautes-eaux annuelles 162,5 m - Hautes-eaux décennales 164,70 m - Hautes-eaux centennales 165,85 m * Remarque : La cote (NGF normal) de la chaussée cours de Verdun pouvant être estimée à environ 167,50 m, les résultats ci-dessus montrent que le radier fini des sous-sols situés à,0 m en contrebas serait submergé à l'occasion d'une remontée de nappe de fréquence décennale.
- 10-4 - EXPLOITATIONS AUX ABORDS DU SITE Les exploitations inventoriées sur le secteur Perrache-Bellecour sont au nombre de quatre ; elles sont localisées sur le plan de situation figure 1 ; l'identification et les conditions d'exploitation concernant ces installations sont définies sur le tableau ci-après : n _,..,,, Rejet en Débit d'exploitation... Désignation-Situation Usage i t..,.> d'ordre I l nappe moyen ; mj/n (1) 1 FNAC, Immeuble Le Progrès Chauffage oui 41 85, rue de la République Climatisation j 2 j Hôtel SOFITEL j Climatisation j oui j 100 j j 20, quai Gailleton j Lycée Juliette RECAHIER j Chauffage oui j 10 j 1 1 57, rue de la Charité 4 Restaurant HERE VITTET Refroidissement non 4 à 5 j 25, cours de Verdun groupes froid * Remarque (1) : 11 s'agit du débit fictif continu sur la durée du cycle d'exploitation Quantité totale extraite Durée de la période d'exploitation Compte tenu des régimes d'exploitation et de l'éloignement de ces installations, seule celle du restaurant Mère Vittet (très proche) est à prendre en considération dans le cadre de ce projet.
- 11-5 - DIAGNOSTIC CONCERNANT LES PUITS EXISTANTS 5.1 - Implantation des ouvrages (figure 5) La situation des puits existants dans l'emprise des sous-sols de l'hôtel Bristol est définie sur le schéma figure 5. 5.2 - Caractéristiques techniques des ouvrages Elles sont résumées ci-après ' ' ' Profondeur par rapport à la margelle ' Désignation Diamètre c.... Niveau piézométrique n rond du puits I le 28.02.1990 Puits 1 2,00 m 5,94 m 1,86 m Puits 2 1,20 m 4,40 m 2,55 m 5. - Pompages d'essais 5..1 - Mise en oeuvre La mise en oeuvre des pompages d'essais a été confiée à la Société Lyonnaise Hydraulique (S.L.H.) de Villeurbanne (69). Le dispositif d'exhaure comportait : - Une électropompe immergée FLYGT, d'une capacité de 70 m /h. - Un tableau de commande avec disjoncteur de sécurité.
- 12 - - Trois électrodes de seuils de niveau immergées dans le puits. - Une conduite de refoulement souple pour rejet des eaux d'exhaure au collecteur d'assainissement. - Un compteur totalisateur Schlumberger pour le contrôle des débits. Le matériel de mesure et de contrôle mis en oeuvre par le BRGM comportait : - Une sonde électrique graduée SEBA. - Un conductivimètre-thermomètre électronique MERCK. - Un filtre de 0,45u connecté sur la conduite de refoulement pour le contrôle du pouvoir colmatant de l'eau. 5.4 - Planning des essais Les essais sur le puits 1 se sont déroulés en deux phases, respectivement le 27.04 et le 0.04.1990. Ils ont comporté des pompages en paliers de débits progressifs jusqu'à stabilisation du niveau dynamique et sur une durée de 12 heures au total. Les essais sur le puits 2 ont été entrepris le 02.05.1990, mais ont dû être arrêtés après 15 minutes de pompage, par suite de l'épuisement de l'ouvrage. 5.5 - Caractéristiques hydrauliques des ouvrages 5.5.1 - Puits 1 (figure 6) Les points représentatifs des niveaux piézométriques stabilisés pour chaque palier de débit sont reportés sur le graphique figure 6. Ils permettent de tracer deux courbes distinctes :
- 1 - - La courbe 1 est obtenue par augmentation progressive du débit jusqu'au débit maximum ; - La courbe 2 est obtenue par diminution progressive du débit à l'issue des essais jusqu'au débit d'exploitation envisagé. Le décalage de la courbe finale le haut montre que l'ouvrage s'est considérablement développé au cours des essais. Cette courbe, qui représente les caractéristiques hydrauliques actuelles de l'ouvrage, est rectiligne et ne révèle pas de pertes de charges quadratiques. Enfin, le débit critique n'est pas atteint avec le débit maximum de 71 m /h mis en oeuvre. Les conditions d'exploitation de cet ouvrage peuvent donc être évaluées comme suit, avec le débit de 2 m /h : - Rabattement en pompage : 0,45 m - Surcharge à la réinjection : 0,70 m 5.2.2 - Puits 2 Les pompages d'essais entrepris sur cet ouvrage ont provoqué l'assèchement de l'ouvrage après 15 minutes et 2,9 m d'eau extraite qui correspondent au volume emmagasiné dans le cuvelage. Il en résulte que cet ouvrage ne peut être utilisé en l'état, ni pour l'exploitation ni pour le rejet. 6 - QUALITE DE L'EAU 6.1 - Caractéristiques physico-chimiques (annexe 1) L'analyse physico-chimique de l'eau prélevée à l'issue des pompages
- 14 - d'essais a été confiée à l'institut Pasteur de Lyon. Les résultats obtenus sont rassemblés à l'annexe 1 et conduisent à définir comme suit les caractères généraux de l'eau : Elle est du type bicarbonaté calcique, assez dure (TH = 28,1 F), riche en ammonium qui traduit un milieu réducteur. Les concentrations en fer (0,2 mg/1) et surtout en manganèse (1 mg/1) sont élevées. Ces éléments peuvent précipiter en présence de l'oxygène dissous ( mg/1). 11 s'agit donc d'une eau instable, favorable au développement de ferrobactéries et pouvant entraîner des colmatages, notamment en ce qui concerne l'ouvrage de rejet. * Remarque : Cette eau n'est pas conforme, du point de vue chimique, aux normes de potabilité pour la consommation humaine, par suite des teneurs en excès des éléments suivants : NHL, Mn. 6.2 - Mesures in situ 6.2.1 - Température Au cours des essais, la température s'est avérée très stable et sensiblement plus élevée que la moyenne observée généralement sur le secteur urbain de la ville de Lyon, soit : - Température mesurée : 15,7 à 15,9 C - Température moyenne généralement observée : 1 à 14 C 6.2.2 - Conductivité La conductivité, qui traduit la minéralisation globale de l'eau, reste relativement stable pour les différents débits d'exploitation mis en oeuvre au
- 15 - cours des essais, soit : Débit I (m/h) Conductivité (ys/cm) Variation (en %) I 24 40 64 I 71 571 571 567 546 0 I 0 I 0,7 4, On relève une diminution très faible de la conductivité et donc de la minéralisation pour les débits au-delà de 40 m /h. 6.2. - Turbidité - pouvoir colmatant de l'eau Les pompages d'essais mis en oeuvre sur le puits ont provoqué l'entraînement des éléments fins de la formation aquifère captée, et de ce fait favorisé le développement de l'ouvrage (cf. 5.5.1). Cependant, l'eau s'éclaircit très rapidement et des essais de percolation sur filtre de 0,45u ont pu être réalisés à l'issue de chaque palier de débit. Les résultats obtenus se résument comme suit : - Le débit de percolation baisse, mais très lentement, soit 58 % après 1 h. Le pouvoir colmatant naturel de l'eau est donc très faible compte tenu de la maille du filtre de 0,45 u. - Les dépôts recueillis sur la membrane filtrante sont exempts de gel bactérien, de sable et de limons. Ils ont un aspect noirâtre et l'examen microscopique de l'institut Pasteur, dont le résultat figure à l'annexe 1, conduit à l'identification suivante :. dépôt minéral probablement d'oxyde de manganèse.
- 16 - Compte tenu de ces di éléments d'information, on peut estimer que le faible pouvoir colmatant de l'eau est lié à sa teneur excessive en manganèse. 6. - Corrosivité de l'eau (IR) : La corrosivité de l'eau est définie par l'index de stabilité de RYSNAR IR = 2 phs - ph Le phs, ou ph de saturation, dépend des teneurs en carbonates, bicarbonates et calcium, ainsi que du ph, de la température et du résidu sec. Compte tenu des données hydrochimiques dont on dispose, on obtient : phs = 2, + 2,62 + 2,5 = 7,27 IR = (2.7,27) - 7, avec : co = o IR = 7,24 HC0 = 277 mg/l Ca =100 mg/l ph = 7, t = 15,8 C RS à 110 C = 98 mg/l L'index de RYSNAR obtenu correspond à une eau proche de la stabilité en ce qui concerne ce critère, mais présentant un caractère légèrement corrosif. Il justifie, pour les équipements de captage et d'exploitation en contact avec l'eau, le choix de matériaux neutres : - Acier INOX - PVC - Polyéthylène - Matériaux composites.
- 17-7 - CONCEPTION DU DISPOSITIF D'EXPLOITATION 7.1 - Configuration du dispositif L'implantation et l'affectation des ouvrages d'exhaure et de rejet sont conditionnées par : - le sens d'écoulement de la nappe, - la présence des puits existants pouvant être réutilisés, - la géométrie et l'extension de la surface disponible, qui déterminent l'écartement optimum des ouvrages, - la réservation des espaces et l'emplacement des locaux techniques, - les impératifs résultant des solutions techniques qui s'imposent pour la mise en oeuvre des travaux, compte tenu de l'accessibilité des lieux, - la situation des exploitations de la nappe en service aux abords immédiats du site. Ces différents critères conduisent à envisager deux emplacements possibles pour chacun des ouvrages d'exhaure et de rejet, reportés sur le schéma figure 5, soit : Pompage 1 et 2 BR - Rejet 1 et 2 BR. Trois dispositifs d'exploitation peuvent être retenus dans les conditions définies ci-après : I Configuration I I.. I Distance entre les ouvrages j j Pompage j Rejet j Cl Puits existant 2 Puits existant 1 18,50 m I (1 BR) (1) j (1 BR) j j C2 Ouvrage à réali- Puits existant 1 2,50 ni ser (2 BR) (l BR) j j C Ouvrage à réali- Ouvrage à réali- 46,50 ni j j ser (2 BR) j ser (2 BR) j j ]
- 18 - * Remarque (1) du tableau : La configuration C1 implique la réhabilitation du puits existant 2 par des travaux d'aménagement lui conférant des caractéristiques hydrauliques en rapport avec l'exploitation envisagée. 7.2 - Etude des recyclages thermiques 7.2.1 - Techniques mises en oeuvre L'étude des recyclages thermiques fait appel à un modèle de simulation mathématique implanté sur micro-ordinateur BULL-M1CRAL, avec imprimante et table traçante HEWLETT-PACKARD. Le logiciel KOUROS, utilisé dans cette application, est un modèle bidimensionnel continu, de calcul de trajectoires de lignes de courant dans un aquifère supposé homogène continu et isotrope, soumis à l'influence de plusieurs ouvrages d'exhaure et de rejet. 7.2.2 - Données prises en comptes Elles sont rappelées ci-après : * Caractéristiques de 1'aquifère : - Direction de l'écoulement : a = 2 - Gradient d'écoulement : i =,5. - Puissance de 1'aquifère : H = 20 m _ - Coefficient de perméabilité : K = 1,5.10 m/s
- 19 - * Ouvrages d'exploitation de la nappe : - Dans chaque configuration envisagée, ils seront au nombre de trois, compte tenu de l'exploitation du restaurant "Mère Vittet". - Leurs emplacements sont reportés sur le schéma de situation figure 5 où est défini le système de coordonnées arbitraire adopté pour la simulation. - Leur identification et les conditions d'exploitation sont récapitulées sur le tableau ci-après : Configura- Affectation Désignation Coordonnées en m Débit tion Symbole Situation moyen I I I I X Y (m/h) Cl Pompage 1 BR j Puits existant 2 -Bristol 61,00 25,20 j - 2 j C2-C j Pompage 2 BR j Ouvrage à réaliser 80,00 24,00 j - 2 j j 1 Bristol j j Cl Rejet 1 BR j Puits existant 1 -Bristol 42,60 j 28,40 j + 2 j j C Rejet 2 BR j Ouvrage à réaliser j 5 j 12 j + 2 j 1 1 1 Bristol j j j j C1-C2-C j Pompage HV j Forage Restaurant j 56,20 j 49,10 j - 5 j j Hère Vittet j j j j 7.2. - Présentation des résultats de la simulation (annexe 2, fig. 7 à 9) Les résultats numériques des simulations, concernant les trois configurations de dispositif envisagées, font l'objet de l'annexe 2 et sont récapitulés sur les deux tableaux ci-après :
- 20 - Rejet BRISTOL pompage BRISTOL CONFIGURATION DU DISPOSITIF j Temps de percée j TAUX DE RECYCLAGE j 1 en., 1 Distance entre les 1 (l) 1,. 1,.. 1 Symbole,. a 6 Régime permanent ouvrages (m) Cl 18,50 0,9 61 % 69 X \ C2 2,50,8 8,9 % 55,6 X j C j 46,50 5, 25 % 44,4 X j Rejet BRISTOL pompage HERE VITTET * Remarque (1) : Le temps de percée est le temps à partir duquel intervient la première perturbation thermique à l'ouvrage d'exhaure considéré. Les trajectoires des lignes de courant dans les trois cas envisagés sont représentées sur les figures 7 à 9, soit : - Configuration C1 : figure 7 - Configuration C2 : figure 8 - Configuration C : figure 9
- 21-7.2.4 - Commentaires Le rendement du dispositif d'exploitation dépend du temps de percée et du pourcentage de recyclage thermique à l'issue d'un cycle d'exploitation. Les meilleures performances sont obtenues en éloignant au maximum l'ouvrage de rejet. La PAC étant prévue pour fonctionner en deux cycles alternés de chauffage et de climatisation, le dispositif d'exploitation est assimilable à un doublet à balayage : - Au cours de la saison de chauffe, un front d'eau refroidie affecte progressivement le forage d'exhaure à partir du temps de percée. - A l'ine, un front d'eau réchauffée parvient à l'ouvrage d'exhaure dans les mêmes conditions au cours de la saison estivale. 11 en résulte un facteur défavorable entre le temps de percée et la fin de chaque cycle d'exploitation qui se révèle par contre favorable au début de chaque nouveau cycle. 8 - CHOIX D'UNE SOLUTION La configuration CI offre peu d'intérêt car le temps de percée est court et le recyclage important. D'autre part, elle implique des travaux de réhabilitation importants. La configuration C est la plus performante mais c'est aussi la plus contraignante car elle implique l'abandon du puits 1 existant et la réalisation de deux ouvrages nouveaux. La configuration C2 apparaît comme un bon compromis : - le temps de percée est important car il représente 6 % du cycle d'exploitation ;
- 22 - - le recyclage thermique sera en grande partie, sinon en totalité, compensé par l'effet de balayage thermique (cf. 7.2.4). L'évolution des températures sur les deux forages d'exhaure concernés (Bristol et Mère Vittet) dépend des At retenus par le concepteur de l'installation. En ce qui concerne celles relatives à la première saison de chauffe, elles peuvent être évaluées comme suit dans la configuration C2 : Cycle de chauffe Forage d Bristol exhaure Mère Vittet Début 15,8 C 15,8 C Fin 1,5 C 11,6 C (1) * Remarque (1) : L'eau d'exhaure étant utilisée pour le refroidissement, il s'agit d'un facteur favorable en saison de chauffe. Ce sera l'ine en été. 9 - PROGRAMME DE TRAVAUX 9.1 - Situation des ouvrages Le programme de travaux suppose la mise en oeuvre du dispositif de la configuration C2 défini au 7.1 et sur le schéma de situation figure 5, soit :. Exhaure : dans le sous-sol, côté cours de Verdun (pompage 2 BR),. Rejet : puits 1 existant (rejet 1 BR).
- 2-9.2 - Ouvrage d'exhaure 9.2.1 - Techniques proposées La configuration des sous-sols et les accès ne permettent pas la mise en oeuvre d'un forage traditionnel nécessitant un matériel lourd et encombrant. Dans ces conditions, il est nécessaire d'avoir recours à la technique de battage de pointes filtrantes. Le diamètre de ces équipements étant limité à deux pouces, et compte tenu» du débit d'exploitation prévu (2 m /h), il convient d'envisager le fonçage de quatre colonnes verticales avec éléments filtrants. Celles-ci pourront être cependant exploitées simultanément par une seule pompe aspirante, en les connectant à une colonne horizontale d'aspiration. 9.2.2 - Coupe de référence Elle est donnée par celle du forage voisin du restaurant de La Mère Vittet, réalisé en 1971 par l'entreprise C1NQU1N qui a communiqué les données recueillies, soit : 0,00 à 2,00 m 2,00 à 2,50 m 2,50 à 4,90 m 4,90 à 5,70 m 5,70 à 6,50 m 6,50 à 12,00 m Remblais di Limon jaune tacheté de bleu avec quelques galets. Sable fin 60 %. Gravier 2-20 25 %. Galets 15 %. Sable fin 50 %. Gravier 2-20 5 %. Galets 20-80 15 % Limon marneux avec débris végétaux. Sable fin à moyen 55 %. Gravier 2-20 5 %. Galets 20-120 10 %
- 24 - * Remarques : 1-Les cotes sont indiquées par rapport au niveau de la cour intérieure. A l'hôtel Bristol, le niveau de base se situe à environ m en contrebas. 2-La proportion importante de sable fin conduit à retenir une ouverture de 0,5 mm pour les crépines. 9.2. - Caractéristiques techniques de l'ouvrage Les colonnes de captage enfoncées dans le sol par battage ou vibro-percussion à l'air comprimé auront les caractéristiques suivantes : - Diamètre : 2" 50/60 mm - Type : JOHNSON en acier INOX A1S1 04 - Nombre : 4 - Constitution : * 1 pointe conique * 2 m de tubage crépine à fil enroulé soudé (ouverture 0,5 mm) * 4 à 5 m de tubage d'extension fileté en tête au pas du gaz 9.2.4 - Développement/pompages d'essais pompage. Le développement de chaque colonne captante sera effectué par soufflage et Un pompage d'essai simultané des quatre colonnes captantes sera entrepris en palier de débits progressifs de 10 à 40 m /h. 9.2.5 - Analyses Un prélèvement pour analyse complète chimique et bactériologique (C + B)
- 25 - sera effectué à l'issue des pompages. Il sera transmis à l'institut Pasteur de Lyon. 9.2.6 - Prescriptions particulières Afin d'éviter le développement de bactéries favorisant le colmatage, une désinfection soigneuse de l'ouvrage sera effectuée avant sa mise en service. Il conviendra de tenir compte de la possibilité de submersion des soussols en ce qui concerne le matériel électrique. 9.2.7 - Coût des travaux Le coût de l'ensemble des travaux définis ci-dessus concernant l'ouvrage d'exhaure est estimé à : 70 000 F H.T. Ce prix ne comprend pas la fourniture, l'installation et le raccordement de la pompe aux colonnes de captage. 9. - Ouvrage de rejet 11 s'agit du puits existant n 1 dont les caractéristiques hydrauliques permettent, sans aménagements complémentaires, l'exploitation envisagée. Toutefois, compte tenu de la surcharge à la réinjection et de la cote piézométrique pouvant être atteinte en hautes-eaux (cf..5), il serait judicieux de réaliser les aménagements suivants : - Reprise du cuvelage par une margelle bétonnée remontant de 1,50 m au moins au-dessus du radier. - Eventuellement, renforcement de l'étanchéité du radier autour de l'ouvrage. En vue d'éviter l'oxygénation de l'eau favorisant la précipitation du fer, la réinjection devra être effectuée par conduite plongeante.
- 26-10 - CONCLUSIONS Les conditions hydrogéologiques sur le site de l'hôtel Bristol permettent l'exploitation envisagée. Les fluctuations piézométriques de la nappe sont directement liées à celles du Rhône. Les hautes-eaux d'ordre décennal peuvent atteindre la cote 164,70 NGF Normal, ou les sous-sols peuvent être submergés. La température de l'eau est relativement importante (15,8 C en moyenne). Les caractéristiques chimiques la rendent instable et appellent des précautions pour son utilisation. Trois configurations de dispositif d'exploitation ont été étudiées. Celle qui est proposée permet de réutiliser le puits n 1, sans aménagements hydrauliques complémentaires, et d'optimiser les recyclages thermiques qui sont évalués comme suit : - Temps de percée :,8 - Recyclage à 6 : 8,9 % Les recyclages seront cependant largement atténués par la régénération thermique de l'aquifère résultant de son exploitation en cycle alterné. Le dispositif proposé nécessite la réalisation d'un ouvrage d'exhaure. Pour cet objectif, un programme de travaux adapté à la configuration des lieux est proposé. Le coût des travaux est évalué à 70 000 F H.T. * * *
FIGURES
PAC HOTEL BRISTOL LYON PERRACHE PLAN DE SITUATION (Echelle 1/10 000) Figure 1 Situation du projet ± ' Forage de reconnaissance SEMALY 698 6Q 10 Pièzomètre d'observation de la nappe Exploitation de la nappe à des fins énergétiques LA MOUCHE - - L0KTIT R 1050 RHA 4S 90 ' '
PAC HOTEL BRISTOL LYON PERRACHE CARTE PIEZOMETRIQUE (Echelle 1/10 000) HAUTES EAUX DECENNALES (24.06.70) Figure 2 10 162.02 Situation du projet Piézomètre et son n Cote NGF du niveau piêzomêthque n Echelle sur cours d'eau U 101.99 et cote NGF du plan d'eau -j $ Counbe isopièzométrique *** et sa cote NGF UONPWACHE/
PAC HOTEL BRISTOL LYON PERRACHE CARTE PIEZOMETRIQUE (Echelle 1/10 000) BASSES EAUX (09.09.70) Figure Situation du projet Echelle sur cours d'eau 161.99 0t çotq NGF du plan d, eau Courte isopiézomêtrique et sa cote NGF LYON PWRACHE'
NIVEAUX (M.NGF) PAC HOTEL BRISTOL LYON PERRACHE 166.00 165.55 165.10 164.65 164.20 16.75 16.0 162.85 162.40 / /*VPV Wv Le Rhône au pont Morand Piézomètre 69.60.10 161.95 161.50 Novaabra Deceabra Janvier Février 69 90 PIEZOMETRIE QUARTIER PERRACHE DU 01/11/1989 AU 28/02/1990 6? I
Figure 5 PAC HOTEL BRITOL CONFIGURATIONS DU DISPOSITIF D'EXPLOITATION +9 ECHELLE Distances en m Le système de coordonnées XY est arbitraire R 1050 RHA4S 90
Profondeur du niveau pièzométrique par rapport a la margelle en m 8 o J 8
POMPAGE 1 BR J Ci 8 o J H 1 Lignes de courant recyclées Lignes de courant non recyclées < 1 1- u O) (O o TRAJECTOIRE DES LIGNES DE COURANT-CONFIGURATION C1 PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE I
POMPAGE 2.BR G) 8 o J (0 o Lignes de courant recyclées Lignes de courant non recyclées TRAJECTOIRE DES LIGNES DE COURANT-CONFIGURATION C2 PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE I 00
I 1 1 1 1 H Lignes de courant recyclées Lignes de courant non recyclées POMPAGE 2.BR GJ 8 o J W O TRAJECTOIRE DES LIGNES DE COURANT-CONFIGURATION C PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE 21 I
ANNEXE 1 - ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE DE L'EAU - EXAMEN MICROSCOPIQUE DES DÉPÔTS RECUEILLIS SUR FILTRE
^ *9 INSTITUT PASTEUR LYON, URJTDE Laboratoire d'hygiène Appliquée à l'homme et à son Environnement Reconnu d'utilité publlqu» (Décret du 22 juin 190) Avenue Tony-Garnier - 6965 LYON CEDEX 07 Tél. 72 72 25 00 - Télécopie 78 72 9 89 Télex PASTLYO 80 697 F - C.C.P. Lyon 0.1 G FEUILLE DE RESULTATS PAGE B.R.G.M. 4 boulevard du 11 novembre B. P. 60G 69604 VILLEURBANNE Section : Chimie des eaux Laboratoire de référence,départemental et régional,agréé par le Ministère des affaires sociales au titre du contrôle sanitaire des eaux.eaux d'alimentation, eaux minérales,eaux de baignade,eaux usées.». Laboratoire agréé par le Ministère de l'environnement pour les agréments de type 1,2,,4,5,6,7 : ressources naturelles,eaux de rejets industriels et urbain *«*«*****«XX**«X*K*X*K«XK«***XK^^ N DEMANDE : 900427066 éditée le: 29.05.9' ORIGINE PRELEVEMENT Eau xl usage technique Puits P1 Hôtel Bristol, Perrache Cf analyse 900427067 COMMUNE : Lyon DEPARTEMENT : 69 Effectué le : 27.04.90 T'échant. +16 T ext. +16 Par : M. Martelât Circonstances atmos. : Temps sec ensoleillé *KK*KKKXX*X*KX*X«XK**X***XXKX*W^^ ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUE - BILAN IONIQUE Caractéristiques physiques Odeur NEANT Saveur... NON DETER, Couleur < 5 Turbidité 1,0 ph û 20 C au laboratoire 7,0 Résistivité à 20 *C 1 G20 Conductivité d 20 C 549 standar N.T.U. ohms-cm us/cm Analyse des gaz Anhydride carbonique libre 18,7 mg/1 C02
INSTITUT PASTEUR^DE LYON * Laboratoire d'hygiène Appliquée à l'homme et à son Environnement Reconnu d'utilité publlqu* (Décret du 22 Juin 190) Avenue Tony-Gamier - 6965 LYON CEDEX 07 Tél. 72 72 25 00 - Télécopie 7 72 9 89 - Télex PASTLYO 80 697 F - C.C.P. Lyon 0.1 G N" DEMANDE : 700427066 (SUITE) éditée le 29.05.90 PAGE 2 Hydrogène sulfuré <test colorimétrique) NEANT Oxygène dissous,0 mg/1 02 Chlore résiduel total 0 mg/1 C12 Agressivité au marbre pl-l avant essai au marbre 7,0 TAC avant essai au marbre 4,54 meq/1 TAC avant essai au marbre 127,12 mg/1 CaO pli après essai au marbre.i,... 7,20 TAC après essai au marbre 4,55 meq/1 TAC après essai au marbre 127,4 mg/1 CaO Caractéristiques générales Résidu sec a' 110 C 9G mg/1 Résidu seca* 550"C 40 mg/1 Oxydabilité au KMn04 en milieu acide NF T 90-050.. 0,70 mg/1 02 TH : Titre hydrotimétrique ou dureté totale 20,1 * franc a TAC : Titre alcalimétrique complet 22,7 França TA : Titre alcalimétrique 0 * França Composition ionique : Cations Calcium 100 mg/1 Ca (..... 5 meq/1 Ca Magnésium 7,6 mg/1 Mg ( 0,62502 meq/1 Mg Sodium 19 mg/1 Na< 0,02612 meq/1 Na Potassium 6,0 mg/1!< «0,1774 meq/1l< + Ammonium 0,65 mg/1 NH4 0,0602 meq/1 Nl-I Composition ionique : Anions Total cations : 6,66 meq/1 Carbonates 0 mg/1 C0 0 meq/1 C0 Bicarbonates 277,0 mg/1 HC0 4,54 meq/lhco Chlorures 1 mg/1 Cl- 0,742 meq/1 Cl Sulfates 50 mg/1 S04 1,04 meq/1 S0 Nitrates 0,9 mg/1 N0 0,1455 meq/1 N0 Nitrites < 0,02 mg/1 N02. - meq/1 N0 Orthophosphates... 0,14 mg/1 P04
UR#DE I INSTITUT PASTEUR^DE LYON Laboratoire d'hygiène Appliquée à l'homme et à son Environnement Raconnu d'utilité publlqu* (Oicrat du 22 Juin 190) Avenue Tony-Garnier - 6965 LYON CEDEX 07 Tél. 72 72 25 00 - Télécopie 78 72 9 89 Télex PASTLYO 80 697 F - C.C.P. Lyon 0.1 G N' DEMANDE : 700427066 (SUITE) éditée le 29.05.90 PAGE... 0,00442 nie^/l PO*" Silice soluble 11.1 mg/1 SiO' 0,1857 me^/lmsif Total anions 6,79 me^/l Balance ionique >Cations : 6,66 Anions : 6,79 inecj/1 Di : Ter 0,20 mg/l Fe Manganèse 1, 00 mg/1 Mn Aluminium 0,025 mg/1 Al Dr Ch. Geoffray Directeur du laboratoire
INSTITUT PASTEUR UR#DE LYON, Laboratoire d'hygiène Appliquée à l'homme et à son Environnement FUconnu d'utilité publlqu* <D4cr«t du 22 juin 190) Avenue Tony-Garnier - 6965 LYON CEDEX 07 Tél. 72 72 25 00 - Télécopie 78 72 9 89 - Télex PASTLYO 80 697 F - C.C.P. Lyon 0.1 G FEUILLE DE RESULTATS PAGE 12. JUIN 1990 S -G. R. R.~HTA. B.R.G.M. 4 boulevard du 11 novembre B. P. 608 69604 VILLEURBANNE N DEMANDE : 900427067 éditée le: 6.06.90 ORIGINE PRELEVEMENT Eau a' usage technique Puits P1 HStel Bristol, Perrache Cf analyse 900427066 COMMUNE : Lyon DEPARTEMENT : 69 Effectué le : 27.04.9Q T échant. +16 T*ext. H6 Par : M. Martelât Circonstances atmos. Temps sec ensoleillé ******************************************************************************* Bactéries * ferrugineuses" (examen microscopique) - - Dr Ch. Geoffray Directeur du laboratoire Produit deshydraté : dépôt minéral, probablement d'oxyde de manganèse,
ANNEXE 2 RÉSULTATS DES SIMULATIONS SUR MODÈLE MATHÉMATIQUE KOUROS - CONFIGURATION Cl : REJET À 18,50 M DE L'EXHAURE - CONFIGURATION C2 : REJET À 2,50 M DE L'EXHAURE - CONFIGURATION C : REJET À 46,50 M DE L'EXHAURE
CONFIGURATION C1 Modélisation KOUROS du i 15/06/1990 à : 11 h 00 ETUDE i DIRECTION D'ECOULEMENT / NORD î AXE DES X / NORD : PERMEABILITE EN M/S 8 GRADIENT D'ECOULEMENT : EPAISSEUR MOYENNE"DE LA NAPPE : PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE 60 90.0015.0005 20 -ORAGE DE POMPAGE NUMERO : MOM = POMPAGE 1 DEBIT m/h... = -2 X = 61 Y = 25.2 FORAGE DE POMPAGE NUMERO : 2 NOM = POMPAGE MV DEBIT m/h... = -5 X = 56.2 Y = 49. 1 1 BR FORAGE DE NOM DEBIT m/h X Y REJET NUMERO l,.. = REJET 1 BR,.. = 2... = 42.6... = 28.4 TEMPS DES RECYCLAGES LIGNE A LIGNE DE COURANT " 2 = I 1. 0 1. 0 1. 0 1. 1 «1 1. A. 1. 4 1. 6 -I 0 2. 7 4. 2. 7 2. 8. 8 5. 4 8. 19. 0 11. 1 7. 5 5. 1. 6 2. 5 1. 9 1. 5 1. 2 1. 1 1. 0 1. 0 0. 9 0. 9 0. 9 moi s mai s moi s moi s mais mais moi s mais TAUX EN % DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage à six de REJET 1 BR FOMPAGE 1 BR = 61.1 Recyclage permanent de REJET 1 BR POMPAGE 1 BR = 69.4 TAUX EN % DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage a six de REJET 1 BR POMPAGE MV = 11.1 Recyclage permanent de REJET 1 BR POMPAGE MV = 1.9
CONFIGURATION C2 Modélisation k'ouros du s 15/06/1990 as 11 h 14 ETUDE DIRECTION D'ECOULEMENT / NORD AXE DES X / NORD PERMEABILITE EN M/S RADIENT D'ECOULEMENT EPAISSEUR MOYENNE DE, LA NAPPE : PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE t 60 s 90.0015.0005 20 r ORAGE DE FOMPAGE NUMERO S 1 NOM = POMPAGE 2 BR DEBIT m/h... = -2 X =. 80 V = 24 r ORAGE DE POMPAGE NUMERO! 2 MOM = POMPAGE MV DEBIT m/h... = -5 X = 56.2 Y = 49.1 -ORAGE DE MOM DEBIT m/h X Y REJET NUMERO :,.. = REJET 1 BR,.. = 2,.. = 42.6... = 28.4 TEMPS DES RECYCLAGES LIGNE A LIGNE DE COURANT. 2 = 4. 4. 4. 4. 5. 6. 7. 4L. 2. <û m. 1. 16. 10. a. 6. 5. 4. 4...... 0 1 4 7 2 1 5 9 0 0 9 9 9 4 6 2 9 a 8 8 9 mais moi s mais mais mais moi s mais mais mais mais TAUX EN % DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage à six de REJET 1 BR POMPAGE 2 BR = 8.9 Recyclage permanent de REJET 1 BR POMPAGE 2 BR = 55.6 TAUX EN X DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage à six de REJET 1 BR POMPAGE MV = 11.1 Recyclage permanent de REJET 1 BR POMPAGE MV = 11.1
CONFIGURATION C Modélisation KOUROS du : 15/06/1990 à : 11 h 28 ETUDE DIRECTION D'ECOULEMENT / NORD AXE DES X / NORD PERMEABILITE EN M/S GRADIENT D'ECOULEMENT EPAISSEUR MOYENNE DE LA NAPPE PAC HOTEL BRISTOL PERRACHE 60 90.0015.0005 20 FORAGE DE POMPAGE NUMERO : NOM = POMPAGE DEBIT m/h... = -2 X = 00 Y = 24 1 BR FORAGE DE POMPAGE NUMERO : 2 NOM = POMPAGE MV DEBIT m/h... = -5 X = 56.2 Y = 49. 1 FORAGE DE NOM DEBIT m/h X Y REJET NUMERO,.. = REJET 2 BR 2 5 12 TEMPS DES RECYCLAGES LIGNE A LIGNE DE COURANT ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver ver :tî = A. 1 = 1 = L = 1 = 1 = 1 = 1 = 5. 5. 4 5. 4 5. 6 5. 9 6. 6. 9 8. 0 9. 9 6. 6 5. 6 6. 6 8. 5 11. 8 24. 6 6. 9 6. 5. 9 5. 6 5. 5 5. 4 moi s mais mais moi s moi s moi s mai s moi s mais mais moi s mai s TAUX EN % DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage a six moi? Recyclage permanent de REJET 2 BR POMPAGE 2 BR = 25.0 de REJET 2 BR POMPAGE 2 BR = 44.4 TAUX EN % DES RECYCLAGES A SIX MOIS ET PERMANENTSNT Recyclage à six de REJET 2 BR FOMPAGE MV = 2.8 Recyclage permanent de REJET 2 BR POMPAGE MV = 1.9