BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B P. 6009-45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 OBSERVATIONS FAITES SUR LES SOURCES EUGENIE ET SATNT MART EN POMPACE, EN FONCTION DU PERIT JAILLISSANT DU FORAGE ROY 101 (ROYAT - PUY-DE-DOME) par D. d'arcy - R. BELKESSA - D. ROUZAIRE 84 AGI 078 AUV AVRIL 19 84 Service géologique régional AUVERGNE 22, avenue de Lempdes, 63800 Cournon d'auvergne Tél.: (73) 84.80.83
R É S U M É A la demande de la direction de l'établissement thermal de Rayât, le comportement des sources Eugénie et Saint Mart a été observé, lorsque, soumises à leur régime usuel de pompage en saison, on utilise en plus le puissant débit artésien provenant du nouveau forage ROY 101, exécuté en 1983. Bien que les conditions de l'expérimentation n'aient pas été satisfaisantes (reconstitution d'enregistrements déficients ou partiels) les résultats apparaissent assez nettement. Les sources étant au repos, l'influence de ROY 101 reste insignifiante sur leur niveau, même après 48 heures de jaillissement continu à débit maximum. Pour une dizaine d'heures de pompage sur les sources, selon la norme journalière de la saison thermale, l'ouverture de ROY 101 à demi puissance ne provoque qu'une faible réaction sur les deux sources. Dans les mêmes conditions, ROY 101 débitant au maximum, les rabattements sur les puits Saint Mart et Eugénie sont augmentés respectivement de
7,5 % et 30 % par rapport aux rabattements de ces mêmes sources fonctionnant seules, comme cela était pratiqué avant l'exécution de ROY 101. La source César ne semble pas influencée. L'étalonnage répété du débit d'exhaure naturel de ROY 101, a montré qu'une certaine décompression se produit dans les 10 heures qui suivent l'ouverture de la vanne : le débit maximum fourni par artésianisme décroît de 66 m3/h à 55,5 m3/h, et semble: se fixer à cette valeur. Inversement, après une période de repos sensiblement équivalente, le forage ROY 101, retrouve sa performance initiale. Cependant, l'utilisation en continu des sources et du forage à leur maximum pourrait progressivement conduire à un dénoyage de la formation, car la stabilisation sur les sources, avant l'utilisation de ROY 101, n'était déjà pas certaine au bout de 48 heures de pompage.
SOMMAI RE 1 - INTRODUCTION 2 - ÉTALONNAGE DU DÉBIT DE ROY 101 3 - ÉQUIPEMENT DES SOURCES SAINT MART ET EUGÉNIE 4 - PRINCIPE DE L'EXPÉRIENCE RÉALISÉE 5 - SOURCE CÉSAR 6 - CONCLUSION
LISTE DES ANNEXES ANNEXE I! Enregistrements comparatifs sur les puits Engénie et Saint Mart. Du 14.03.84 a 17 h 25 au 16.03.84 à 22 h 25. ANNEXE II! Enregistrement obtenu sur Saint Mart. Du 19.03.84 à 8 h 30 au 20.03.84 à 8 h 30 ANNEXE III I Enregistrements obtenus sur Saint Mart. 20 et 21.03.84 LISTE DES FIGURES FIGURE 1 I courbes d'étalonnage sur ROY 101 2 bis FIGURE 2 I schéma du système de trop-plein du puits Eugénie
- 1 - - INTRODUCTION La réalisation d'un nouveau i. p iage dans l'enceinte de l'établissement thermal de Royat, a été entreprise en 1983. Cet ouvrage de 52 m de profondeur s'est révélé être puissamment artésien ; il débite une eau thermominérale gazeuse de propriétés comparables à celles des sources traditionnellement utilisées. Ce forage est désigné sous l'appellation de Royat : ROY 101. En mars 1984, la tête de tubage était équipée d'une vanne simple dont la manoeuvre permettait de moduler les débits d'une façon qui s'est révélée assez précise. Mais l'absence de toute autre espèce d'équipement en matière de rejet d'une part, de mesure des débits d'eau et de gaz, du contrôle de la pression d'autre part, n'ont permis qu'une expérimentation rudimentaire. De même, on regrettera que les sources étudiées Eugénie et Saint Mart ne comportent pas de possibilité de mesurer le débit en continu, ni de plateforme pratique pour supporter de façon permanente des appareils enregistreurs, protégés des turbulences engendrées par les pompes. Ces circonstances ont entrainé une perte de temps certaine, et des résultats partiels qu'il a fallu récoler par petites tranches de bon fonctionnement, pour pouvoir reconstituer des enregistrements à peu près complets. On ne peut donc recommencer une entreprise sérieuse de contrôle du débit des sources et du nouveau captage ainsi que de leurs interférences, sans avoir au préalable établi l'infrastructure nécessaire, en matière d'installation des appareils, du contrôle du débit des pompes et de sa mesure précise au moyen d'un débitmètre adapté à l'eau gazeuse. Un limnigraphe ne peut fonctionner sur le puits Eugénie, que si le cable et les flotteurs sont isolés des turbulences par un tube en PVC de diamètre 280 mm, solidement maintenu par ailleurs. Une plateforme indépendante doit être installée au-dessus du tube sans avoir de contact avec lui : car celui-ci est soumis à de fortes vibrations et à des oscillations constantes, qui amènent à faire chavirer l'appareil lorsqu'on le cale simplement à même l'orifice du conduit. L'expérience de pompage aurait pu débuter le 2/03/84, mais des raisons techniques ont fait reporter ce travail aux journées des 19, 20 et 21 mars 1984. Divers contrôles et montages d'appareils avec enregistrement ont été néanmoins exécutés du 14 au 16/03, le week-end des 17 et 18 mars étant exclu.
- 2-2 - ÉTALONNAGE DU DÉBIT DE ROY 101 Les 1 et 2/03 (au matin), jours de prise d'accord avec la direction de l'établissement thermal pour un programme d'intervention, était néanmoins réalisé au bac jaugeur, l'étalonnage de la vanne équipant le ROY loi. Cette expérience a montré que le jeu de la vanne était suffisamment précis pour que l'on puisse associer un chiffre de débit au nombre de tours du volant d'ouverture. L'étalonnage a été vérifié dans les journées des 14/15 et 16/03/84 ; il a permis de tracer les courbes de la figure n 1 qui restent un des résultats acquis les plus sûrs. Il se trouve ainsi démontré que le forage possède un rendement différent selon que l'on vient de libérer le débit après une période de repos de la nuit par exemple, ou que l'on attend la fin d'une journée de jaillissement continu. Il se produit donc une certaine décompression dans les dix premières heures de l'écoulement par artésianisme, mais il est assez remarquable : - que l'ouvrage retrouve sa performance initiale au bout d'un temps d'arrêt sensiblement équivalent - qu'après décompression et sauf temps d'observation insuffisamment prolongé, il maintienne apparemment son débit. Le 1er mars, l'étalonnage de ROY 101 sur les puits Eugénie et Saint Mart. était réalisé sans pompage On lit sur les courbes que la valeur maximum atteinte par le débit artésien passe en une dizaine d'heures de 65-66 m3/h à environ 55,5 m3/h et qu'elle parait s'y fixer. Or ce résultat parait, au moins sur le laps de temps de l'expérimentation,indépendant de la mise en marche des pompes sur les sources de l'établissement, car le 14 mars au matin, la courbe d'étalonnage était la même, avec Eugénie en pompage à environ 90 m3/h.
COURBES D'ETALONNAGE DE ROY 101 / FICURE 1 / - 2 bis Après une période d'arrêt Après 10 heures de fonctionnement à 50-60 m3/h Nfcre de tôuis dt volant j de la vanne de ROY 101 12-11- 10-9- S- 7- '!& 5-3- 2- U 10 débit 29 27 25 23 21 1917 15 1S 11 9? $ 3
- 3-3 - ÉQUIPEMENT DES SOURCES SAINT MART ET EUGÉNIE Sur le haut du tubage de Saint Mart était installé, le 14 mars, un limnigraphe OTT.R.16. Les deux cables à l'intérieur du tube n'étaient pas à l'aise;le flotteur était de diamètre 0 0,04 m, le mouvement de 32 heures, et le réglage de la poulie était à l/20e. La longueur totale de câble avait été prise égale à 5,10 m. Un limnigraphe OTT.R.16 était,également le 14 mars, placé sur Eugénie ; mais il n'a fonctionné que de façon intermittente et peu précise, malgré différents changements de position et l'installation d'un tube protecteur des cables et du flotteur dans l'après-midi du 15/03. Le 20/03, vers 11 h, l'appareil posé sur le sommet du tube, chavirait par suite des oscillations continuelles de celui-ci. Il était remplacé le 21 par le limnigraphe venant du puits Saint Mart sur lequel n'ont plus été effectuées, pour cette journée du 21/03, que des mesures manuelles régulières. L'enregistrement obtenu sur Eugénie le 21/03 est interprétable il a été contrôlé également par des mesures à la sonde. - PRINCIPE DE L'EXPÉRIENCE RÉALISÉE 4.1 - Les sources Eugénie et Saint Mart étant au repos, le forage ROY 101 était ouvert au maximum de son débit au moins lorsqu'une surveillance de l'exhaure le permettait. Pendant la nuit, pour des raisons de sécurité, le débit était partiellement vanné. Mais d'une façon générale, ROY 101 est resté en fonctionnement permanent du 14/03 à 17 h 25, au 16/03 à 19 h 55, à un débit moyen voisin du 56 m3/h. Sur ce laps de temps, l'enregistrement limnigraphique a été intégralement reconstitué et complété, grâce à des mesures manuelles d'appoint faites sur les sources Saint Mart el Eugénie (voir annexe n 1). On voit sur ce diagramme comparatif :. que le niveau du puits Saint Mart ne cesse de remonter, la variation positive atteignant la valeur - faible par ailleurs - de 0,11 m en un peu plus de 50 heures.
que le niveau d'eugénie apparait faiblement influence par l'ouverture, puis par les variations de débit imposées à ROY 101. Cette influence s'est manifestée : le 14/03 à 17 h 25 à l'ouverture de la vanne à 7 tours le 15/03 à le 15/03 à 8 h 15 lorsque la vanne a été ouverte au maximum 10 b 45 au moment d'un court arrêt pour réétalonnage de la vanne, suivi d 'une reprise rapide. le 16/03 â 17 h le 16/03 entre 19 h lorsque la vanne a été ramenée à 3 tours 1/2 15 et 19 b 55 lorsque la vanne a été fermée. On notera les perturbations du niveau introduites artificiellement le 15/03, entre 8 b et 17 h, alors que des travaux étaient faits pour la transformation du système de trop-plein du puits Eugénie, monté dorénavant comme l'indique le schéma ci-dessous (figure n 2). Une mesure unique du débit de ce trop-plein faite le 15/03 vers 10 b a donné 8,31 m3/h. Il était par la suite obturé par une canalisation de rejet qui rendait la mesure impossible. gaz eau gaz FIGURE N 2
- 5 - Néanmoins, l'influence exercée sur Eugénie parait n'être qu'une simple réaction à la manoeuvre de la vanne de ROY 101 lorsque les variations de débit sur celui-ci sont fortes ; car les sursauts enregistrés par l'appareil apparaissent extrêmement faibles, par rapport aux rabattements de plusieurs mètres qui suivent le déclenchement des pompes sur les puits Eugénie et Saint Mart. On constate par ailleurs sur Eugénie qu'à l'instar de ce que l'on connaît sur Saint Mart, la variation globale du niveau piezometrique est positive du 14 au 16/03, atteignant 0,27 m de remontée en 50 heures. 4.2 - Les sources Eugénie et Saint Mart étant sollicitées au régime maximum de leurs pompes respectives, le forage ROY 101 est ouvert à la moitié de sa puissance, au bout d'une heure de fonctionnement des pompes, soit : ouverture à 2 tours 1/2 de volant correspondant à une valeur moyenne de 30 m3/h du débit artésien. Cette expérience est menée le 19/03 pendant un peu plus de 10 h ; en effet, ce laps de temps correspond à la durée normale d'utilisation journalière des sources pendant la saison thermale. Le pompage commence à 9 h 55, aux débits respectifs de 93 m3/h sur Eugénie et 12 m3/h sur Saint Mart. La mesure de ces débits sur Eugénie ne peut être qu'unique pour toute une expérience de pompage, car le rejet se fait une fois pour toutes, dans un réservoir clos dont les possibilités de vidange sont très inférieures à la vitesse du remplissage ; l'excès d'eau est envoyé dans le circuit général de l'établissement et de là, passe à l'êgout. Un tube gradué en polyvinyl, placé sur le flanc du réservoir, permet de chronométrer la montée de l'eau au début du pompage. On se borne à supposer par la suite que le débit reste constant pendant les 10 heures d'observation. Le 19/03, la mesure a donné sur Eugénie 1 m3 2 3 4 5 6 en ii M M M II 38 secondes 11 mn 19 s mn 56 s 2 mn 34 s 3 mn 12 s 3 mn 53 s Soit en moyenne : Q = 93 m3/h. journée. Sur Saint Mart, le débit a pu être contrôlé quatre fois dans la En moyenne, pour une surface de base de 2,83 m2, on obtient une montée de l'eau de 0,2 5 m en 3 mn 36 s, soit environ 12 m3/h (cuve parallélépipêdique).
- 6 - Le forage ROY 101 est ouvert à 2 tours 1/2 de vanne, à 11 h. Le limnigramme obtenu sur Saint Mart (voir annexe II) est une courbe très régulière, (quoique la pompe de Saint Mart se soit arrêtée automatiquement de 10 h 30 à 12 h 07). L'ouverture de ROY 101 à débit partiel à 11 h n'y cause aucun décrochement ; on n'y relève pas trace non plus d'un arrêt de ROY 101 entre 11 h 35 et 11 h 50. En 9 heures île pompage, le niveau dynamique atteint 3,22 m et le rabattement est de 2,48 m. En comparaison, dans dus conditions identiques de pompage, le 30/03/1981 (avant donc que n'existe ROY 101), le niveau dynamique à Saint Mart atteignait 3,21 en 9 heures de pompage. Le rabattement était de 2,16 m (parce que le niveau de départ était bien inférieur à celui du 19/03/1984 : 1,045 m au lieu de 0,74 m). La différence entre les deux expériences n'apparait donc pas significative pour le puits Saint Mart. Le limnigramme obtenu sur Eugénie (voir annexe IV) est aussi une courbe régulière. Aucun décrochement n'apparait à 11 h, ni à 11 h 35. En 10 heures de pompage, le niveau dynamique atteint 4,97 m et le rabattement est de 4,50 m. Tl n'y a pas d'élément de comparaison direct avec une expérience antérieure similaire : mais le 9/12/80, avec la seule pompe d'eugénie fonctionnant à 74,5 m3/h, le niveau dynamique atteignait 4,55 m en 10 heures de pompage sur ce puits, avec un rabattement de 4,05 m. Si on ne peut en tirer de conclusion formelle, on notera cependant que les débits très supérieurs pompés le 19/03/84 sur Eugénie (93 m3/h) et sur Saint Mart (12 m3/h), peuvent expliquer à eux seuls, l'augmentation du rabattement, à durée de pompage égale. De toute façon, on admettra que s'il y a influence de ROY 101, elle ne se manifeste que de façon très progressive et reste faible pour une durée de pompage de 10 heures, avec ROY 101 débitant à 30 m3/h.
- 7-4.3- Les sources Eugénie et Saint Mart étant sollicitées au maximum, le forage ROY 101 r:;t ouvert à fond (au bout d'une heure de fonctionnement des pompes):soit ouverture du volant à 13 tours correspondant a une valeur moyenne de 60 m3/h du débit artésien. Cette expérience menée deux fois consécutivement a été répétée dans la journée du 21/03/84, par suite des déficiences constatées dans la journée du 20/03. Toutefois, le rêcolement de l'ensemble des résultats a permis de reconstituer des courbes tout à fait identiques pour chacune des deux journées; ceci à la fois pour Saint Mart et pour Eugénie. Le tracé du 20/03 apparait en pointillé sur les diagrammes, alors que celui du 21/03 est en trait plein (voii annexes III et IV). Dans la journée du 20/03, le débit des pompes se trouvait être légèrement moindre que dans les journées du 19 et du 21 : 78 m3/h pour Eugénie et 11 m3/h pour Saint Mart. Le limnigramme de Saint Mart (voir annexe III) montre deux courbes très similaires à celle enregistrée le 19, à demi-puissance. Aucun décrochement n'apparait à 11 h, à l'ouverture de la vanne de ROY 101 ; mais les rabattements obtenus sur le puits en un peu plus de 10 heures d'expérience, sont passés de 2,60 m à 2,80 m. On rappellera que le 30/03/81, avant foration de ROY 101, le rabattement était de 2,16 m en 9 heures de pompage à des débits plus élevés que ceux du 20/03/84 (12 m3/h et 100 m3/h - 4.2). Il y a donc ici influence du fonctionnement de ROY 101 sur le niveau dynamique de Saint Mart mais cette influence n'est pas encore considérable : environ 7,5 % d'augmentation du rabattement en 10 heures. Le 21/03, la courbe résultant de mesures manuelles régulières, n'apporte pas d'indication supplémentaire (annexe III trait plein). Le limnigramme obtenu sur Eugénie (voir annexe IV) montre deux courbes auxquelles s'applique exactement le même discours que précédemment : parallélisme presqu'exact de leurs tracés, les 20 et 21/03 (le rabattement étant un peu plus fort le 21 que le 20, car les pompes ont respectivement repris leur régime habituel (12 m3/h et 86-90 m3/h) ; similitude d'allure avec la courbe du 19/03 obtenue avec ROY 101 à demi puissance ; pas de décrochement à 11 heures, heure de l'ouverture de la vanne au maximum. La différence ici se traduit plus nettement que sur le puits Saint Mart : elle tient uniquement à la sensible augmentation du rabattement au bout de 10 h 30 de pompage environ. Celui-ci atteint 6,13 m le 21/03, au lieu de 4,52 m lors de l'expérience du 19/03, soit une augmentation moyenne de 30 %. Tous les résultats numériques concernant les diverses expériences entreprises du 16 au 21/03/84, ont été reportés dans le tableau suivant :
- 8 -! DébitÎDébit deîdébit à! moyen! départ!la fin Heure! Heure départ! fin Temps pompage j t! Niveau! Niveau! Rabatteîdêpart! fin!ment j / 16 mars 1984 / IE UGENIE 0 0 0 9h 23h jl4 h 0,65 0,51!St MART 0 0 0 9hl5 21h2 5!12hlO 0,86 0,85-0,01! ROY 101 55,5 65,5 38 9h3O 19h55 J10h2 5! CESAR! t t! / 19 mars 1984 /!! EUGENIE! 93 St MART J i 12,4! ROY 101! 30 j CESAR 1 93 12 32,5 1 28 9h55 9h55 llh 9h3O 2Ohl8 2 Oh 30 2 Oh 30 16h3O!10h23 jloh35! 9h3O 7h! 0,47 0,74 4,99 3,34 A,52 2,60 / 20 mars 1984 / J EUGENIE i 78! St MART! 11 ROY 101 j! CESAR t : 6o 78 11 66 1 56 9h5O 9h5O llh 10h30 2 Oh 2Ohl8 2Oh3O 16h3O! jlohlo!loh28 J9h3O!6h 0,45 0,86 6,37 3,66! - 1 - t 5,92 2,80! / 21 mars 1984 /! t! EUGENIE! 90 St MART! ROY 101! CESAR!! U! 60 ; i 90 11 66 1,08 9h2 5 9h3O 56! 10h30! 10h30 20h 2 Oh 2Oh3O 14h t!10h35 10h30! loh i 3h3O 0,38 0,87 6,51 3,55 6,13 2,68 ou d'observation
- 9-5 - SOURCE CÉSAR La source César n'a pas paru influencée par les diverses expériences de pompage tentées les 19,20 et 21/03/84. Le débit de son trop-plein, mesuré 4 fois par jour, a toujours été voisin de 1 m3/h. 6 - CONCLUSION L'influence du forage ROY 101 sur les sources Saint Mart et Eugénie de l'établissement thermal, apparait extrêmement faible lorsque les sources sont au repos, même après 48 heures de jaillissement continu à un débit de l'ordre de 55 m3/h. Lorsque les pompes sont en action à un débit qui, quoiqu'un peu variable, reste voisin de 12 m3/h pour Saint Mart et 80-90 m3/h pour Eugénie, l'influence manifestée reste peu significative, si ROY 101 ne débite qu'à 30 tn3/h, et pour une durée de pompage de l'ordre de 10 heures ; telle est en effet la norme journalière de la saison thermale. Il pourrait même paraître par rapport à des pompages antérieurs à la foration de ROY 101 et toutes choses étant égales par ailleurs, que les rabattements sont assez équivalents à eux-mêmes, ou seulement légèrement augmentés. L'influence est réelle sur les deux puits lorsque le débit de ROY 101 est porté à son maximum, le pompage sur les sources étant toujours d'une durée de 10 heures. Le rabattement de Saint Mart est augmenté de 7,5 % par rapport au cas précédent, et celui d'eugénie de 30 %. La source César n'a pas paru varier pendant toute la durée de l'expérience. On se bornera après avoir rapporté ces faits, a constater que l'influence de ROY 101 à son maximum de débit sur les sources en pompage, apparait, somme toute, supportable par celles-ci, si l'on n'excède pas une durée de 10 heures de fonctionnement global, et par ailleurs si on laisse se reconstituer la réserve pendant un temps qui ne doit pas, par sécurité, être inférieur à la durée de la nuit. Une utilisation continue des sources et du forage à leur maximum conduirait à un dénoyage progressif de la formation, car même avant la création de ROY 101, la stabilisation sur les sources n'était pas certaine au bout de 48 heures de pompage.
REGIE MUNICIPALE DES EAUX MINERALES DE ROYAT ENREGISTREMENTS COMPARATIFS SUR LES PUITS EUGENIE ET St MART du U_03_84à17h25 au 16-03-84 à22h25 Date: 3 Avril 1984 Dessin : Vérifié: Rapport n 84AGI078AUV Annexe : I BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES SERVICE GEOLOGIQUE REGIONAL AUVERGNE 22, Avenue de Lempdes 63800 COURNON D'AUVERGNE Tel. : (73) 81. - 80-83 - Télex : B.R.G.M. 99CK89
REGIE MUNICIPALE DES EAUX MINERALES DE ROYAT ENREGISTREMENT OBTENU SUR St MART du 19.03.84 à 8 h 30 au 20-03.84 à 8h 30 Date 3 Avril 1984 Dessin : Vérifié: Rapport n 84AGI078AUV Annexe. J± BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES SERVICE GEOLOGIQUE REGIONAL AUVERGNE 22, Avenue de Lempdes 63800 COURNON D'AUVERGNE Tél.:(73) 84-80-83 - Télex: B.R.GM 990489
REGIE MUNICIPALE DES EAUX MINERALES DE ROYAT ENREGISTREMENTS OBTENUS SUR St MART 20 et 21.03.84 Date 3 Avril 1984 Dessin : Vérifié Rapport n 84AGI078AUV Annexe : III BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES SERVICE GEOLOGIQUE REGIONAL AUVERGNE 22, Avenue de Lempdes 63800 COURNON D'AUVERGNE Tél.:(73) 84-80-83 - Télex: B.R.G.M.990489