Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l agglomération lyonnaise rapport d étape phase 3

Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l agglomération lyonnaise rapport d étape phase 3 Calage du modèle hydrodynamique en régime transitoire Rapport final BRGM/RP -55065-FR décembre 2006

Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l agglomération lyonnaise rapport d étape phase 3 Calage du modèle hydrodynamique en régime transitoire Rapport final BRGM/RP -55065-FR décembre 2006 Étude réalisée dans le cadre des projets de Service public du BRGM 03EAUC53 J.J. Seguin et J. Nicolas Approbateur : Nom : F. Deverly 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 9001:2000. I M 003 - AVRIL 05

Mots clés : Grand-Lyon - Modélisation hydrodynamique - Remontée de nappe - Relations nappes-cours d'eau, réseau de surveillance piézométrique. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : J.J. Seguin, J. Nicolas (2006) - Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l agglomération lyonnaise - Rapport d étape - Phase 3. et suivi du réseau piézométrique, BRGM/RP-55065-FR, 119 p., 29 fig., 15 tab., 5 ann.. BRGM, 2008, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM.

Synthèse Traversée par le Rhône et la Saône et s'étendant au dessus de nappes alluviales peu profondes, la Communauté Urbaine de Lyon (le "Grand Lyon") est exposée à des risques d'inondation, non seulement par débordement possible des deux cours d eau, mais aussi par remontée des nappes connectées hydrauliquement à ceux-ci. L'amélioration de la prévention et de la protection vis-à-vis de ces risques d'inondation est une priorité du Grand Lyon. Ce risque est complexe car il résulte de la combinaison d'une vulnérabilité forte (générée par une zone urbaine particulièrement développée), et d'un aléa hydraulique lié aux débordements possibles du Rhône et de la Saône, du ruissellement pluvial urbain et de remontées de nappes. C'est sur cette problématique de "remontée de nappes" que le Grand Lyon et le BRGM ont souhaité travailler en partenariat dans le cadre d'une Convention pluriannuelle de Recherche et Développement partagés signée en 2004. Ce rapport expose les résultats obtenus en année 3 du projet, c'est-à-dire le calage en régime transitoire du modèle hydrodynamique. Celui-ci a été construit et calé en régime permanent en année 2 du projet (rapport BRGM RP-54379-FR, Décembre 2005), l'année 1 ayant été consacrée à une synthèse géologique et hydrogéologique (rapport BRGM RP-53569-FR, 2004). La modélisation a été réalisée en régime transitoire sur la période 2000-2006 au pas de temps mensuel. Le couplage entre la nappe et le réseau hydrographique permet de simuler les échanges de flux entre Saône et Rhône d'une part et la nappe d'autre part et donc d'estimer l'impact sur la nappe des niveaux hauts de ces deux cours d'eau. Le modèle tient compte aussi du drainage de la nappe par les drains de la Compagnie Nationale du Rhône (CNR). Il intègre les principaux ouvrages souterrains pouvant influencer les écoulements souterrains : fondations de bâtiments, parkings, lignes de métro, canalisations de grand diamètre. A l'issue de cette phase 3, une bonne adéquation a été obtenue entre les mesures et les calculs : le calage a été réalisé en utilisant les chroniques piézométriques disponibles sur la période 2000-2004 (30 piézomètres). Les données du nouveau réseau piézométrique (rapport BRGM RP-53518-FR, 2005), mis en service début octobre 2006, ont servi quant à elles à valider le calage sur la période 2000-2004 et à l'affiner sur quelques secteurs. Le rapport présente enfin la mise en place du réseau de surveillance piézométrique opérationnel depuis octobre 2006. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 3

Sommaire 1. Introduction... 9 2. Rappels sur le modèle hydrodynamique... 11 2.1. DONNÉES NÉCESSAIRES A LA MODÉLISATION... 11 2.2. GÉOMÉTRIE DU MODÈLE... 14 2.2.1. Limites... 14 2.2.2. Conditions aux limites... 15 2.2.3. Maillage... 18 2.3. RÉSEAU HYDROGRAPHIQUE ET DRAINS... 20 2.3.1. Rhône et Saône... 20 2.3.2. Drains de la CNR... 21 2.4. OUVRAGES SOUTERRAINS... 22 2.4.1. Sous-sols de bâtiments et parkings... 22 2.4.2. Lignes de métro... 22 2.4.3. Réseaux de distribution d'eau... 24 2.4.4. Introduction des ouvrages souterrains... 24 2.5. DONNÉES UTILISÉES POUR LE RÉGIME PERMANENT... 27 2.5.1. Champ de perméabilités... 27 2.5.2. Estimation de la recharge par les eaux pluviales... 27 2.5.3. Prélèvements... 28 2.5.4. Débits de fuite dans les réseaux de distribution d eau et d assainissement. 31 2.5.5. Ligne d'eau du Rhône et de la Saône... 32 2.6. RÉSULTATS DU CALAGE EN RÉGIME PERMANENT... 33 2.6.1. Piézométrie utilisée pour le calage et paramètres ajustés.... 33 2.6.2. Diagramme de dispersion... 33 3. Calage du modèle en régime transitoire... 37 3.1. DONNÉES VARIABLES DANS LE TEMPS UTILISÉES... 37 3.1.1. Niveaux du Rhône et de la Saône... 37 3.1.2. Recharge par les pluies... 40 3.1.3. Prélèvements dans la nappe... 42 3.1.4. Chroniques piézométriques... 45 3.2. RÉSULTATS DU CALAGE... 47 3.2.1. Utilisation de l'ancien réseau piézométrique... 47 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 5

3.2.2. Comparaison avec les mesures utilisées pour le calage en régime permanent...50 3.2.3. Utilisation du nouveau réseau piézométrique...53 3.2.4. Restitution des paramètres...55 4. Réseau de surveillance piézométrique...61 4.1. RÉALISATION DE NOUVEAUX PIÉZOMÈTRES...61 4.2. EQUIPEMENT ET FONCTIONNEMENT DE L'ENSEMBLE DES PIÉZOMÈTRES...62 5. Conclusions...65 5. Bibliographie...67 Liste des figures Figure 1 : Délimitation de la zone d'étude... 14 Figure 2 : Principales unités hydrogéologiques de la zone modélisée... 15 Figure 3 : Conditions imposées sur les limites du modèle.... 17 Figure 4 : Principe de la discrétisation verticale.... 19 Figure 5 : Réseau hydrographique dans le modèle.... 20 Figure 6 : Localisation des drains de la CNR, des ouvrages souterrains et des lignes de métro... 23 Figure 7 : Trace des ouvrages souterrains dans la couche 3 du modèle.... 26 Figure 8 : Pluies efficaces calculées à partir des données de la station météo de Bron.... 28 Figure 9 : Zones de recharge par infiltration.... 29 Figure 10 : Localisation des points de prélèvements recensés en 2002... 30 Figure 11 : Diagramme de dispersion du régime permanent (sur 75 points)... 34 Figure 12 : Niveaux du Rhône au pont Morand de 1985 à 2006... 38 Figure 13 : Niveaux de la Saône au pont de la Feuillée de 1985 à 2006... 38 Figure 14 : Comparaison des niveaux moyens mensuels du Rhône et de la Saône de 1985 à 2006... 39 Figure 15 : Comparaison des niveaux moyens mensuels du Rhône et de la Saône de 2000 à 2006... 39 Figure 16 : Pluie et pluie efficace au pas décadaire (Octobre 1999 à Décembre 2006)... 41 Figure 17 : Pluie efficace mensuelle (cumul sur décades) d'octobre 1999 à Décembre 2006... 41 Figure 18 : Prélèvements mensuels introduits dans le modèle... 45 6 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 19 : Histogramme de la distribution des écarts de calage...50 Figure 20 : Histogramme des écarts ente mesures et calculs (Mai et Novembre 2004)...51 Figure 21 : Diagrammes de dispersion pour les mois de Mai et Novembre 2004...52 Figure 22 : Diagramme de dispersion pour Décembre 2006...54 Figure 23 : Champ de perméabilités de la couche 3 du modèle...56 Figure 24 : Champ de perméabilités de la couche 5 du modèle...57 Figure 25 : Coefficients d'emmagasinement de la couche 3 du modèle...58 Figure 26 : Coefficients d'emmagasinement de la couche 5 du modèle...59 Figure 27 : Perméabilités de colmatage des cours d'eau...60 Figure 28 : Réalisation de l ouvrage rue des docks...61 Figure 29 : Exemple d installation à l église Saint-François Régis de Villeurbanne...62 Liste des tableaux Tableau 1 : Données nécessaires pour la modélisation hydrodynamique...13 Tableau 2 : Valeurs de perméabilités utilisées pour calculer une perméabilité équivalente dans chaque maille du modèle...27 Tableau 3 : Ecarts de calage en régime permanent...33 Tableau 4 : Statistiques calculées sur 72 points...35 Tableau 5 : Caractérisation statistique globale des niveaux du Rhône et de la Saône en m NGF...37 Tableau 6 : Pluie efficace annuelle de 2000 à 2006...40 Tableau 7 : Prélèvements annuels (en m 3 ) sur la période 2000 à 2005...42 Tableau 8 : Reconstitution des débits de drainage des parkings souterrains...44 Tableau 9 : Caractéristiques statistiques globales des niveaux mesurés sur le nouveau réseau piézométrique...46 Tableau 10 : Analyse du calage sur les piézomètres "Rive gauche" et "Presqu'île"...47 Tableau 11 : Analyse du calage sur les piézomètres "Vaise"...48 Tableau 12 : Analyse du calage sur les piézomètres "Pierre Bénite"...48 Tableau 13 : Analyse du calage sur les piézomètres " Centre"...49 Tableau 14 : Comparaisons statistiques avec les mesures utilisées pour le régime permanent...50 Tableau 15 : Comparaisons des niveaux calculés aux mesures faites sur les piézomètres du nouveau réseau...53 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 7

Liste des annexes Annexe 1 Liste des piézomètres utilisés dans la modélisation... 69 Annexe 2 Comparaisons des niveaux calculés aux niveaux mesurés sur les piézomètres de l'ancien réseau (2000-2004)... 73 Annexe 3 Comparaisons des niveaux calculés aux niveaux mesurés sur les piézomètres du nouveau réseau (Octobre-Décembre 2006)... 87 Annexe 4 Carte de localisation des piézomètres utilisés dans la modélisation... 99 Annexe 5 Coupes géologiques et techniques des piézomètres réalisés... 103 8 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

1. Introduction Traversée par le Rhône et la Saône et s'étendant au dessus de nappes peu profondes, la Communauté Urbaine de Lyon (le "Grand Lyon") est exposée à des risques d'inondation, non seulement par débordement possible du Rhône et de la Saône, mais aussi par remontée des nappes en relation hydrodynamique avec les cours d eau. Pour améliorer la prévention de ces risques d'inondation par remontée de nappe, le Grand Lyon et le BRGM ont souhaité travailler en partenariat et ont signé une Convention pluriannuelle de Recherche et Développement partagés. Au titre de cette Convention et dans le cadre de ses projets de Service Public, le BRGM doit d'une part mettre en place un réseau de surveillance piézométrique des eaux souterraines sur l agglomération lyonnaise et d'autre part réaliser une modélisation des écoulements souterrains. Dans le déroulement de l'étude, quatre phases successives ont été prévues : 1. Acquisition des données nécessaires à la modélisation géologique et hydrodynamique sur la zone d étude ; construction du modèle géologique ; sélection d'ouvrages pour constituer un réseau de suivi piézométrique. 2. Poursuite de la collecte de données nécessaires à la modélisation hydrodynamique ; construction du modèle hydrodynamique suivie d'une phase de calage en régime permanent. 3. Calage du modèle en régime transitoire au pas de temps mensuel. 4. Utilisation du modèle au pas de temps journalier pour évaluer l'impact sur la nappe de crues importantes du Rhône de la Saône (suivant différents scénarios fréquentiels fournis par la Compagnie Nationale du Rhône). En parallèle, gestion du nouveau réseau piézométrique. La première phase de la convention a été réalisée en 2004 et a fait l objet du rapport BRGM/RP-53569-FR : "Connaissance hydrogéologique du sous sol de l'agglomération lyonnaise. Rapport d'étape Phase 1 ". La deuxième phase de la convention a été réalisée en 2005 et ses résultats ont été présentés dans le rapport BRGM /RP-54379-FR : "Connaissance hydrogéologique du sous sol de l'agglomération lyonnaise. Rapport d'étape Phase 2 Construction du modèle hydrodynamique et calage en régime permanent ". Le présent rapport synthétise les résultats de la phase 3. Il rappelle les caractéristiques du modèle hydrodynamique construit (chapitre 2) puis expose les résultats du calage en régime transitoire (chapitre 3). Il présente enfin la mise en place du réseau de surveillance piézométrique (chapitre 4). BRGM/RP-55065-FR Rapport final 9

2. Rappels sur le modèle hydrodynamique Pour faciliter la lecture de cette phase de la modélisation des écoulements souterrains et mettre à disposition, dans un rapport unique, tous les éléments nécessaires à la compréhension de cette modélisation, on reprend dans ce chapitre quelques éléments du rapport de phase 2 (rapport BRGM /RP-54379-FR). 2.1. DONNÉES NÉCESSAIRES A LA MODÉLISATION Un modèle hydrodynamique tridimensionnel tel que celui construit pour cette étude se présente sous la forme de grilles de calcul maillées superposées issues d'un découpage de l'espace suivant les 3 dimensions ( 2.2.3). De ce découpage, il résulte un assemblage de "cellules" régulièrement ordonnées et hydrauliquement connectées, le "motif de base" étant constitué par une cellule en relation avec ses 6 voisines les plus proches (les cellules nord, sud, est, ouest et les 2 cellules situées au dessus et au dessous). En chacune des mailles de calcul, le logiciel calcule une charge hydraulique (une cote piézométrique) en fonction des données introduites. Comme pour tout problème physique, le fonctionnement du modèle exige la définition de limites et l'introduction sur ces limites de conditions pertinentes fonction du contexte hydrogéologique. Avant son utilisation, le modèle doit être "calé" : il doit être capable de reproduire au mieux des observations faites en différents points et à différentes dates. Classiquement, le calage se déroule en 2 phases afin de sérier les difficultés : une étape dite en régime permanent quand c est possible (ce régime permanent peut être un régime "moyen" annuel) à laquelle succède une phase de calage en régime transitoire. Les charges hydrauliques obtenues après le calage en régime permanent constituent alors l'état initial du régime transitoire. Dans le cas du modèle du Grand Lyon, compte tenu des liaisons hydrodynamiques entre nappe et cours d'eau, de l'existence d'un réseau de drains (drains de la Compagnie Nationale du Rhône) et de la présence d'ouvrages souterrains profonds (parkings, trémies), il faut de plus : 1. spécifier les caractéristiques du réseau hydrographique : arborescence, géométrie, paramètres de couplage, lignes d'eau ; 2. spécifier les caractéristiques du réseau de drains : arborescence, géométrie, paramètres de couplage ; 3. caractériser les ouvrages souterrains : pour les ouvrages "polygonaux" profondeur d'implantation, dimensions latérales et verticales ; pour les canalisations importantes et les tunnels : tracé des linéaires, profondeur d'implantation et diamètre. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 11

Le tableau 1 ci-après regroupe les données de base nécessaires à la modélisation (en plus des données géologiques définissant la géométrie du modèle) et celles qui sont nécessaires s'il y a couplage avec des cours d'eau et un réseau de drains. 12 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Données de base : régime permanent et transitoire Types de données Observations Paramètres spatialisés Doivent être "entrés" dans tout le maillage. Perméabilités (m/s) Pour cette étude, cf 3.2.4. pour le calcul a priori des perméabilités par maille Seules quelques valeurs étant Coefficients Uniquement en régime connues, ces paramètres doivent d'emmagasinement transitoire être restitués par le calage du spécifique (m -1 ) et libre modèle sur les observations (sans unité) piézométriques, les jaugeages,... Données variables dans le temps Doivent être introduites par maille (prélèvements, injections) ou par zone (recharge par infiltration). Dans le cas d'un régime permanent on utilise des valeurs se rapportant à la période choisie. Données utilisées pour le calage Recharge (mm /unité de temps) Prélèvements (m 3 /unité de temps) Piézométrie Doit être estimée a priori à l'aide d'un bilan hydrique à partir de la pluie, de l'etp et de la "réserve utile" des sols. La recharge calculée a priori peut être ajustée lors du calage - Mesures ponctuelles, cartes - Chroniques (pour le régime transitoire) (Certaines sont imposées sur les limites du modèle). Débits aux exutoires Sources, cours d'eau, drains Données pour le couplage avec un réseau hydrographique et de drains Types de données Observations Description du réseau : cours d'eau et drains Spécification de l'arborescence : Le réseau est découpé en affluents et chaque affluent en tronçons (un tronçon étant l'intersection du cours d'eau avec une maille). Numéros des affluents et des tronçons Longueur et largeur de chaque tronçon (m) Cote du fond (m) par tronçon Chaque tronçon est en relation avec la maille traversée Paramètres de couplage A introduire dans chaque maille traversée par les cours d'eau Données variables dans le temps Cours d'eau 1) Cours d'eau, Epaisseur de la couche de liaison entre aquifère et cours d'eau (m) Perméabilité de cette couche (m/s) 2) Drains Perméabilité d'échange Niveaux des cours d'eau = épaisseur de "colmatage" (uniquement cours d'eau) = perméabilité de "colmatage" Tableau 1 : Données nécessaires pour la modélisation hydrodynamique BRGM/RP-55065-FR Rapport final 13

2.2. GÉOMÉTRIE DU MODÈLE 2.2.1. Limites Le domaine modélisé couvre approximativement les communes de la Communauté Urbaine de Lyon (figure 1). A l'ouest, la limite suit la zone de socle granitique ; à l'est, elle passe par les collines morainiques de St-Fons et de Bron, coupe la plaine alluviale au niveau de Vaulx-en- Velin et rejoint le canal de Miribel. Au nord la limite suit ce canal, passe au nord de Caluire et Cuire puis rejoint la zone de socle et la Saône au niveau de l'île Barbe. Figure 1 : Délimitation de la zone d'étude Le modèle prend en compte les unités hydrogéologiques suivantes (figure 2) : - les alluvions modernes du Rhône et de la Saône (parfois à dominante argilolimoneuse, parfois à dominante sablo-graveleuse), 14 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l'agglomération lyonnaise - Phase 3 - les alluvions fluvio-glaciaires (parfois plutôt argileuses, parfois plutôt graveleuses), - les formations morainiques, argileuses ou caillouteuses, - les formassions molassiques, a priori peu aquifères, mais contenant néanmoins des lentilles ou des niveaux relativement perméables. Figure 2 : Principales unités hydrogéologiques de la zone modélisée 2.2.2. Conditions aux limites Le choix des limites et du type de condition appliqué à ces limites (figure 3) ont été déterminés par la géologie locale et des considérations hydrogéologiques. Limite Ouest Les alluvions viennent au contact des formations granitiques du Massif Central. Les apports d'eau en provenance de ces formations sont généralement faibles car les écoulements se font essentiellement en surface et à faible profondeur, avec reprise rapide des eaux infiltrées par le réseau hydrographique de surface. Une condition de flux nul a donc été appliquée. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 15

Pour tenir compte des échanges de flux entre nappe et Saône une condition "mixte" (type "nappe-cours d'eau") a été introduite au niveau des couches du modèle qui sont en contact avec la Saône. Limite Nord Au niveau de la Saône, la limite s'appuie sur le verrou de granite de l'île Barbe qui bloque les flux en provenance des alluvions en amont. Elle se prolonge vers l'est au bas de la colline de Caluire-et-Cuire constituée de matériaux très peu perméables Au Nord-Est, la limite du modèle longe le canal de Miribel (le domaine modélisé intègre le champ captant de Crépieux Charmy) 16 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 3 : Conditions imposées sur les limites du modèle. Les couleurs dans la carte indiquent les cotes altimétriques moyennées sur des mailles de 100 m de côté. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 17

Une condition de flux nul a été appliquée sur cette limite ainsi qu'une condition mixte (type nappe-cours d'eau) au niveau des couches du modèle qui sont en contact avec le canal de Miribel. Sur cette limite, pour les couches non connectées au canal, la condition de flux nul est appliquée. Limite Est Cette limite est parallèle aux isopièzes jusqu'au canal de Jonage ; à partir de celui-ci elle rejoint le canal de Miribel suivant un tronçon rectiligne arbitraire. Sur cette limite une "condition de potentiel" (niveaux de nappe imposés) a été provisoirement introduite (des compléments d'information sont nécessaires). Les valeurs imposées sont déduites des cotes piézométriques relevées en 2004. Remarque - Dans le régime transitoire, les niveaux imposés fluctuent en fonction des variations de niveau observées sur quelques piézomètres situés à l'est de la limite. Limite Sud Cette limite de 2 km de large environ est franchie par le Rhône juste à l'amont du barrage de Pierre Bénite. La nappe est drainée par le Rhône et la limite correspond à une ligne de courant. C'est donc aussi une limite à flux nul. 2.2.3. Maillage a) Discrétisation horizontale Dans un plan horizontal, le maillage est constitué par des mailles carrées de 100 m de côté (la grille englobant le domaine modélisé comprend 150 lignes et 120 colonnes, soit 18000 mailles). Cette taille conduit à un nombre de mailles de calcul raisonnable tout en permettant d'assurer une bonne représentation des différentes structures souterraines. b) Discrétisation verticale La discrétisation verticale s'est appuyée sur le modèle géologique réalisé lors de la première phase du projet (BRGM/RP-53569-FR) préservant le plus possible les différents niveaux géologiques identifiés et les variations de faciès. Le maillage 3D a donc été construit en définissant 16 plans horizontaux intersectant le modèle géologique (de la cote +130 m à la cote + 205 m) et délimitant 15 couches de 5 m d'épaisseur chacune (figure 4). La couche supérieure (couche 1 du modèle) est comprise entre la surface topographique et la cote +205 m). Un programme de calcul d'intersections du modèle géologique avec les 16 plans de coupe a été écrit pour repérer automatiquement les formations géologiques incluses entre 2 plans de coupe (de cotes Z i et Z i+1 ) et pour calculer, dans chaque maille de chaque plan de coupe : 18 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

- les épaisseurs des 3 formations géologiques principales contenues dans le volume de la maille, données nécessaires pour calculer une perméabilité globale dans la maille (appelée perméabilité équivalente), compte tenu des perméabilités affectées à chaque formation (cf 2.5. ci-après) - le volume (en %) représenté par ces 3 formations, par rapport au volume total de la maille (à titre d'information). Simultanément, lorsqu'un ouvrage souterrain est repéré dans la maille, un code "présence d'ouvrage" est affecté à la maille (valeur 1 sinon 0). Figure 4 : Principe de la discrétisation verticale. Compte tenu des cotes de la nappe (inférieures à 175 m), les 8 premières couches ont été fusionnées en une seule, correspondant à la couche supérieure du modèle (couche notée 1 dans la suite), comprise entre la cote +170 m et la surface topographique. Le modèle comprend donc au total 9 couches. La grille 3D englobant le modèle comprend donc 162 000 mailles, dont 65 327 mailles de calcul. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 19

2.3. RÉSEAU HYDROGRAPHIQUE ET DRAINS 2.3.1. Rhône et Saône Rhône - Saône et nappe forment un système hydraulique en interaction : les 2 cours d eau drainent ou alimentent la nappe en fonction des différentiels de charge hydraulique (différences entre la cote de l eau dans le cours d'eau et le niveau de la nappe sous jacente). Pour prendre en compte des échanges de flux entre une nappe et un cours d'eau il faut introduire dans le modèle des données caractérisant la géométrie du cours d'eau (largeur, cotes du fond, épaisseur de sédiments) et la position de la ligne d eau (variable dans le temps). Avec le logiciel MARTHE, le réseau hydrographique doit être organisé en "affluents ". Chaque affluent, constitué d un ensemble linéaire de tronçons, peut recevoir lui même jusqu à trois affluents amont et se jette dans un seul affluent aval. Un tronçon de rivière est défini par son numéro d affluent et par son numéro de tronçon. Le réseau introduit dans le modèle comprend le Rhône, la Saône et le canal de Miribel (figure 5). Ce réseau a été découpé en plusieurs affluents eux mêmes découpés en tronçons. Figure 5 : Réseau hydrographique dans le modèle. 20 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Les affluents et tronçons ont été numérisés et une hiérarchisation systématique du réseau a été réalisée aboutissant à 21 affluents découpés en 767 tronçons qui, selon la cote de leur fond, sont en relation avec les couches 1, 2, 3 ou 4 du modèle. Dans chaque maille du modèle traversé par un tronçon de cours d'eau, ont été introduits : - la longueur et la largeur du tronçon ; - la cote du fond (fond de l eau) ; - l'épaisseur du lit et des berges et sa perméabilité (estimation a priori pour celle-ci, qui est un paramètre de calage). Quand le tronçon n'occupe pas toute la surface de la maille, la longueur du tronçon est calculée à partir de son intersection avec les frontières de la maille qui le contient. La largeur est quant à elle calculée à partir du tracé du réseau fourni par la Compagnie Nationale du Rhône (CNR). La cote du fond de chaque tronçon a été calculée à partir des données de la bathymétrie. 2.3.2. Drains de la CNR Les drains de la CNR (figure 6) ont été introduits dans le modèle comme des drains classiques (ils ne peuvent que drainer la nappe). Comme pour les cours d'eau, ils ont été hiérarchisés en réseau avec une relation amont-aval. Le réseau est organisé en affluents eux-mêmes découpés en tronçons (au nombre de 140). Selon la cote de leur fond, les tronçons se trouvent soit dans la couche 4 soit dans la couche 5 du modèle. Pour le calcul des débits drainés, les données nécessaires dans chaque maille contenant un tronçon de drain sont : - longueur L d et largeur l d du tronçon de drain ; - l altitude du fond du drain z d ; - le coefficient de perméabilité d échange du drain k d Le débit de la nappe vers le drain sera calculé comme suit : Q échange = k d. L d. l d (H n Z d ) ; H n étant la charge de la nappe : La cote du fond de chaque tronçon de drain a été calculée par interpolation à partir des valeurs ponctuelles disponibles (au nombre de 55). Un calcul de la longueur du tronçon de drain dans chaque maille a été réalisé à l'aide du logiciel MAPINFO. On ne dispose pas de données sur le coefficient de colmatage des drains. Celui-ci sera donc un paramètre de calage. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 21

2.4. OUVRAGES SOUTERRAINS 2.4.1. Sous-sols de bâtiments et parkings De nombreux sous-sols de bâtiments et de parkings souterrains traversent la nappe alluviale. Leur ancrage, pour les plus profonds, peut atteindre la molasse Miocène. La localisation (X, Y) des nombreux sous-sols a été facilitée par l utilisation des bases de données du Grand Lyon. Au total, 621 ouvrages avec sous-sols de plusieurs niveaux ont été répertoriés lors de la première phase. Les parkings de moins de 3 niveaux, dispersés et peu profonds, ne constituent pas des obstacles significatifs et seuls les ouvrages de 3 niveaux et plus, au nombre de 61, ont été retenus a priori. Leur localisation est précisée par la figure 6. 2.4.2. Lignes de métro L'agglomération lyonnaise comporte quatre lignes de métro. Seules les lignes A, B et D sont à prendre en compte (figure 6). La ligne C, circulant dans les pentes de la Croix Rousse, n'atteint pas le toit de la nappe. L emprise en surface de ces lignes, était déjà disponible. Les données mises à disposition par le SYTRAL, sous forme de plans, ont permis de compléter celles fournies par les services du Grand Lyon. 22 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 6 : Localisation des drains de la CNR, des ouvrages souterrains et des lignes de métro BRGM/RP-55065-FR Rapport final 23

Les données suivantes ont été extraites des plans et intégrées dans le SIG sous Mapinfo : - - coordonnées X, Y, Z de l'axe en plusieurs points tout le long du tracé, - - la hauteur de l'ouvrage souterrain. 2.4.3. Réseaux de distribution d'eau Eau potable Après vérification auprès de la Compagnie Générale des Eaux, les conduites d adduction en eau potable n'ont pas un diamètre suffisamment grand pour être considérées comme des barrières hydrauliques. Elles n'ont donc pas été prises en compte dans le modèle. Réseaux d assainissement Le tracé des conduites et leurs caractéristiques ont été fournis par le Grand Lyon. Dans le modèle n'ont été introduits que les collecteurs dont le diamètre dépasse 4 m. Tunnels et trémies routières Certaines voies de circulation routière (ou ferroviaire) peuvent être encaissées et se trouver, de par leur profondeur, sous le niveau piézométrique. Elles peuvent donc également représenter un obstacle à l écoulement souterrain. De l'examen des données il ressort que seules les trémies situées sur le secteur de la Part Dieu et implantées dans les alluvions modernes et/ou fluvioglaciaires peuvent représenter un obstacle à l'écoulement. Il s'agit des ouvrages suivants : - - trémie des Brotteaux, - trémie de la Part Dieu, - tunnel de Garibaldi. 2.4.4. Introduction des ouvrages souterrains Les données obtenues ont été utilisées par le programme de calcul de construction du maillage (mentionné ci-dessus, 2.2.3.2) pour repérer automatiquement les mailles dans lesquelles les ouvrages souterrains devaient être représentés, soit sous forme de mailles "imperméabilisées " (ouvrages polygonaux), soit sous forme de "cloisons étanches" (ouvrages linéaires, trémies). Les résultats sont présentés dans le rapport de phase 2. Sur les 61 ouvrages souterrains retenus, seuls 31 d'entre eux, occupant plus du tiers d'une maille ont été considérés. La maille occupée est alors affectée d'une perméabilité nulle. 24 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Les ouvrages souterrains et les tronçons des lignes de métro ayant une cote de leur base supérieure à 175 m NGF n ont pas été intégrés dans le modèle (cette cote correspond à une cote maximale vers la limite Est et ne sera sans doute pas dépassée dans les zones où les ouvrages sont implantés). BRGM/RP-55065-FR Rapport final 25

Figure 7 : Trace des ouvrages souterrains dans la couche 3 du modèle. 26 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

2.5. DONNÉES UTILISÉES POUR LE RÉGIME PERMANENT 2.5.1. Champ de perméabilités Pour introduire une perméabilité dans chaque maille du modèle, les valeurs du tableau 2 ci-dessous ont été utilisées. Elles sont a priori globalement représentatives de chaque unité lithologique identifiée dans le modèle géologique (les perméabilités de la molasse ont été réajustées localement lors du calage en régime permanent en raison de l'hétérogénéité de cette formation). Formation Caractéristiques Perméabilité (m/s) Formations actuelles Remblais, limons,... 10-6 Alluvions modernes Alluvions fluvio-glaciaires Formations morainiques à dominante argilo-limoneuse 10-3 à dominante sablo-graveleuse 4.10-3 Argileuses 2.10-3 graveleuses 8.10-3 argileuses 10-4 caillouteuses 5.10-4 Molasse (hétérogène) 5.10-5 Tableau 2 : Valeurs de perméabilités utilisées pour calculer une perméabilité équivalente dans chaque maille du modèle Une maille comprise entre 2 plans de coupes peut contenir plus d'une formation. Le repérage automatique de ces formations permet aussi de calculer leur épaisseur dans la maille. La perméabilité équivalente dans la maille est alors une moyenne arithmétique des perméabilités K i affectée à chaque formation F i pondérée par les épaisseurs E i ; par exemple, pour 3 formations : K eq = (K 1 E 1 + K 2 E 2 + K 3 E 3 )/E E = E 1 + E 2 + E 3 = 5 m 2.5.2. Estimation de la recharge par les eaux pluviales Les pluies efficaces ont été calculées sur la période 2000-2005 à partir des données décadaires de pluviométrie et d ETP enregistrées à la station de Bron en prenant une réserve utile de 100 mm. La pluie efficace sur la période octobre 2003 octobre 2004 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 27

a été extraite et une moyenne mensuelle a été calculée sur cette période (figure 8). La pluie efficace moyenne sur cette période est de 264 mm/an soit 22 mm/mois. En raison de l imperméabilisation quasi-totale des zones urbanisées, seuls les parcs et jardins situés dans la zone d étude constituent des zones de recharge de la nappe. Ces zones représentant une superficie de 7.8 km 2 (11 % de la surface totale du modèle) ont été digitalisées sous Mapinfo et ensuite introduites dans le modèle (cf figure 9). Une recharge de 22 mm/mois a été appliquée sur ces zones. 140 120 100 80 60 40 20 Pluie décadaire (mm) Pluie efficace décadaire (mm) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 10/12/2000 10/04/2001 10/08/2001 10/12/2001 10/04/2002 10/08/2002 10/12/2002 10/04/2003 10/08/2003 10/12/2003 10/04/2004 10/08/2004 10/12/2004 10/04/2005 10/08/2005 10/12/2005 Figure 8 : Pluies efficaces calculées à partir des données de la station météo de Bron. 2.5.3. Prélèvements En 2002, 106 captages ont été recensés dans la zone d'étude (figure 10), prélevant un volume total d'environ 174,5 millions de m 3. Les prélèvements en eau souterraine sont destinés essentiellement à l AEP (62%), à l industrie et aux pompes à chaleur (38%). Les prélèvements pour l irrigation sont très faibles 0.3%. Les pompages AEP du champ captant de Crépieux Charmy (114 forages répartis sur 370 ha et fonctionnant en alternance) représentent à eux seuls plus de 98 % des prélèvements AEP annuels (en 2002, 106 Millions de m 3 ). Remarques 1) 8 pompages d exhaure de parkings souterrains prélevant dans la molasse et réinjectant dans les alluvions ont été comptabilisés. Ces réalimentations de la nappe alluviale représentent environ 12 millions de m 3 par an. 28 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 9 : Zones de recharge par infiltration. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 29

Figure 10 : Localisation des points de prélèvements recensés en 2002 30 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

2) Les prélèvements pour pompes à chaleur sont réinjectés dans la nappe des alluvions. 3) L inventaire des prélèvements s est fait à partir du fichier des redevances de l'agence de l'eau Rhône Méditerranée et Corse. Des données issues de la DDAF du Rhône, d études BURGEAP et du Grand Lyon sont venues compléter le fichier initial. Malgré les recoupements effectués, ce recensement présente des lacunes ou des imprécisions pouvant être dues à des ouvrages non déclarés, des localisations erronées ou approximatives ou encore des débits non actualisés. Ces imprécisions n empêchent pas cependant que le bilan général reste représentatif. 2.5.4. Débits de fuite dans les réseaux de distribution d eau et d assainissement Les pertes du réseau de distribution d eau dans la zone d étude ont été estimées sur la base des prélèvements AEP dans le champ captant de Crépieux Charmy. Pour le calcul du volume d eau perdu, ont été faites les hypothèses suivantes : - 1/3 du volume d eau capté dans le champ captant de Crépieux Charmy est distribué dans l agglomération lyonnaise, - Les pertes représentent 10% du volume distribué, - Comme le réseau de distribution d eau couvre la totalité de l agglomération, les pertes ont été réparties sur l ensemble de la zone d étude. Le volume d'eau prélevé annuellement dans le champ captant de Crépieux-Charmy est de 105 millions de m 3 /an. Dans la zone d étude, les pertes représentent donc un volume de : (105 * 0.1)/3 soit 3.3 millions de m 3 /an. En terme de lame d eau, pour une superficie de la zone modélisée de 44.2 km 2, cela représente environ 75 mm/an. Ces pertes ont été introduites dans le modèle sous forme de lame d eau et réparties sur l ensemble de la zone d étude. Les pertes d eau dans le réseau d assainissement ont été estimées à partir des données fournies par le Grand Lyon sur les débits d arrivée à la station d épuration de saint Fons sur l année 2004 (cf rapports de l'année 1 et de l'année 2). Le débit moyen produit par les collecteurs principal et latéral pour l année 2004 est de 290 764 m 3 /j. Nous avons fait l hypothèse de travail que 10 % de ce débit est perdu soit un débit de 29 076 m 3 /j. Ce débit de fuite a été imposé au niveau des mailles traversées par les collecteurs ayant un diamètre supérieur à 2 m. Cela représente 284 mailles réparties sur 4 couches du modèle en fonction de la cote moyenne du collecteur. Or, nous savons d ores et déjà que, localement, la ligne d eau des collecteurs d assainissement, peut se trouver sous le niveau piézométrique. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 31

Dans ce cas, les collecteurs feraient office de drains et seraient alimentés par la nappe. Ils produiraient, de fait, des eaux parasites en aval et notamment à la station d épuration de Saint-Fons. 2.5.5. Ligne d'eau du Rhône et de la Saône Pour reconstituer la ligne d eau du Rhône et de la Saône, différentes données ont été utilisées : - d'une part, les mesures faites en 2004 au pont Morand (Rhône) et au pont de la Feuillée(Saône), - et d'autre part, comme cela était insuffisant, à partir des mesures faites aux stations du pont de Cusset aval, du pont de Croix-Luizet et du pont Raymond Poincaré en 1987 et 1989 (Rapport BRGM R31479 RHA 4S 90). Cela se justifie du fait que les mesures d'octobre 1987 au pont Morand et au pont de la Feuillée sont identiques aux mesures effectuées en 2004. Rhône Saône Station Cusset Croix-Luizet Poincaré Morand * Feuillée * Cote de l'eau (Oct. 87) 166.74 165.19 164.01 162.38 162.36 * Mesures en Oct. 87 et en 2004 D amont en aval du modèle, la cote de l'eau décroît : - de 168 m à 161.7 m NGF pour le Rhône (avant le barrage), - 162.8 m à 162 m NGF pour la Saône. Enfin, il est aussi tenu compte des aménagements du Rhône qui créent des seuils significatifs (barrage de Pierre Bénite et usine écluse). En amont de ces retenues, la cote de l'eau du Rhône est maintenue à 161.75 mètres NGF. En aval de l écluse, la cote de l eau est maintenue à 153.6 m (valeurs fournies par la CNR). L épaisseur du lit du Rhône et de la Saône n étant pas connue, elle a été fixée uniformément à la valeur de 70 cm pour tous les tronçons. Par ailleurs d après les études et modèles précédemment établies, le degré de colmatage des canaux et des rivières de l'ile de Miribel Jonage en amont de Lyon est relativement bien connu (BURGEAP 2005) avec des perméabilités : - assez fortes pour le canal de Miribel (de l'ordre de 10-5 m/s) ; - plus faibles pour le Vieux Rhône (de l'ordre de 0.5.10-5 m/s) ; - assez faibles pour le canal de Jonage (de l'ordre de 2.10-7 m/s à 5.10-7 m/s). Dans le modèle, les valeurs suivantes ont été introduites : une perméabilité de 10-5 m/s pour le canal de Miribel, le Rhône et la Saône et une perméabilité du lit du canal de Jonage de 2 10-7 m/s. Ce paramètre a fait l'objet d'un ajustement lors du calage. 32 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Le débit amont du Rhône appliqué dans le modèle est de 599 m 3 /s (ce débit correspond au débit moyen interannuel du Rhône à Lyon -St Clair), le débit appliqué au modèle en amont de la Saône est de 405 m 3 /s. 2.6. RÉSULTATS DU CALAGE EN RÉGIME PERMANENT 2.6.1. Piézométrie utilisée pour le calage et paramètres ajustés. Pour le calage en régime permanent du modèle, ont été utilisées : - les mesures de niveaux effectuées en 2004 aux mois de mai et de novembre sur 73 piézomètres. Les niveaux utilisés pour le calage sont une moyenne des valeurs relevées en mai et novembre. - les débits moyens à l exutoire des drains de la CNR en rive gauche et rive droite pour l année 2004 ; ces débits sont utilisés comme données de contrôle pour s assurer de la fiabilité des résultats du modèle. Dans cette phase de calage en régime permanent on s est attaché à restituer aux mieux : - les niveaux moyens de l'année 2004 en vérifiant que les cartes calculées restituaient bien les configurations d'écoulement que le contexte hydrogéologique laissait supposer ; - les débits moyens mesurés à l exutoire des drains. Les paramètres qui ont fait l'objet d'un ajustement sont la perméabilité (en particulier celle de la molasse, formation très hétérogène) et les coefficients de colmatage du lit des 2 fleuves et des drains. 2.6.2. Diagramme de dispersion La qualité du calage a été évaluée par l'intermédiaire d'un diagramme (appelé diagramme de dispersion) représentant les niveaux calculés en fonction des niveaux observés. Il a été établi avec les 75 points de mesures (figure 11). Les écarts entre valeurs observées et valeurs mesurées sont indiqués dans le tableau ci-dessous : Ecart entre niveaux calculés et niveaux mesurés Nombre de points de mesures concernés par cet écart (sur un total de 73 ) e <0.5 m 41 (56%) 0.5 < e <1 m 16 (22%) 1< e < 1.5 m 12 (16.5%) 1.5 <e < 3 m 3 (4 %) E > 3 m 1 Tableau 3 : Ecarts de calage en régime permanent BRGM/RP-55065-FR Rapport final 33

Hormis pour le point où l'on note un écart important (5m), correspondant vraisemblablement à une anomalie (peut être colmatage du piézomètre), la plupart des écarts sont faibles, 78 % sont inférieurs à 1 m et 95 % sont inférieurs à 1.5 m. Les écarts compris entre 1.5 et 3 m (3 points situés sous la diagonale du diagramme de dispersion) peuvent s'expliquer par des rejets dans la nappe non pris en compte dans le modèle, ou bien à un colmatage des piézomètres concernés fournissant des valeurs non représentatives des niveaux réels de la nappe, ou bien encore à une valeur erronée sur la cote du repère de mesures. 174 172 170 168 Niveau calculé (m) 166 164 162 CNR(P476) Elco-Brandt Mills Rue Branly Lycée Lacassagne 160 158 156 154 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Niveau mesuré (m) Figure 11 : Diagramme de dispersion du régime permanent (sur 75 points) Les statistiques globales calculées sur 75 points (tableau 4) confirment la bonne qualité du calage (en particulier moyenne des écarts proche de 0, donc, globalement, ni surestimation ni sous estimation et écart-type des écarts de 66 cm) ; Le débit à l exutoire des drains CNR calculé par le modèle est de 1658 l/s. Ce débit est très proche du débit moyen mesuré à l exutoire des drains pour l année 2004 qui est de 1641 l/s (composé d un débit moyen de 509 l/s pour le drain rive droite et de 1132 l/s 34 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

pour le drain rive gauche). Le débit calculé par le modèle à l exutoire du Rhône est de 998 m3/s. Moyenne des valeurs observées (m) 163.3 Moyenne des valeurs calculées (m) 163.6 Ecart-type des valeurs observées (m) 2.99 Ecart-type des valeurs calculées (m) 2.92 Moyenne des écarts (m) -0.27 Ecart type des écarts (m) 0.66 Tableau 4 : Statistiques calculées sur 72 points (3 points avec écart > 3 écart-type exclus de l'analyse) BRGM/RP-55065-FR Rapport final 35

3. Calage du modèle en régime transitoire La modélisation en régime transitoire a été réalisée au pas de temps mensuel de janvier 2000 à décembre 2006. Le calage a été effectué sur la période 2000-2004 à partir des chroniques piézométriques disponibles sur cette période (sur les piézomètres utilisés, au nombre de 30, il n'y avait pas de mesures disponibles postérieures à cette date). Le nouveau réseau piézométrique, comprenant 29 piézomètres, a été mis en service début octobre 2006 : les données journalières fournies ont été utilisées uniquement sur les 3 derniers mois de 2006 (les données de l'année 2007 seront utilisées pour la phase 4 du projet) et ont surtout permis de valider le calage sur 2000-2004. Le modèle fonctionne néanmoins de façon continue de janvier 2000 à décembre 2006, soit 84 pas de temps mensuels. 3.1. DONNÉES VARIABLES DANS LE TEMPS UTILISÉES 3.1.1. Niveaux du Rhône et de la Saône Les cotes de la ligne d'eau ont été introduites pas de temps par pas de temps à partir des mesures journalières faites au Pont Morand pour le Rhône et au pont de la Feuillée pour la Saône. Les graphiques des figures 12 et 13 montrent l'évolution des niveaux en ces deux stations de 1985 à 2006 (aux courbes d'évolution journalière ont été superposées, pour comparaison, les courbes tracées à partir des moyennes mensuelles de ces valeurs journalières). Le tableau 5 rassemble quelques paramètres statistiques caractérisant ces niveaux sur la période 1985-2006. Statistiques sur mesures journalières Statistiques sur moyennes mensuelles Rhône Saône Rhône Saône Minimum 161.98 162.44 162.06 161.91 Maximum 165.62 165.55 163.66 164.21 Maxi. Mini. 3.64 3.91 1.60 2.30 Moyenne 162.56 162.44 162.56 162.44 Ecart-type 0.34 0.41 0.23 0.31 Tableau 5 : Caractérisation statistique globale des niveaux du Rhône et de la Saône en m NGF Le passage aux moyennes mensuelles, utilisées pour la modélisation (puisque celle-ci est conduite au pas de temps mensuel), amortit nettement les amplitudes. Une BRGM/RP-55065-FR Rapport final 37

modélisation au pas journalier sera donc nécessaire pour estimer plus précisément l'impact sur la nappe d'une crue du Rhône et de la Saône. Les données en cours d acquisition permettront de réaliser ce travail. Figure 12 : Niveaux du Rhône au pont Morand de 1985 à 2006 Figure 13 : Niveaux de la Saône au pont de la Feuillée de 1985 à 2006 38 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Les graphiques des figures 14 et 15 permettent de comparer les niveaux moyens mensuels du Rhône et de la Saône sur la période 1985 à 2006 avec un zoom sur la période 2000-2006. Figure 14 : Comparaison des niveaux moyens mensuels du Rhône et de la Saône de 1985 à 2006. Figure 15 : Comparaison des niveaux moyens mensuels du Rhône et de la Saône de 2000 à 2006. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 39

Construction des fichiers de ligne d'eau au pas de temps mensuel de 2000 à 2006 A partir des cotes de la ligne d'eau du Rhône et de la Saône, introduites dans le modèle pour le calage en régime permanent, ont été calculées dans chaque maille traversée par ces cours d'eau les hauteurs d'eau relatives H rel (i) par rapport à la cote de l'eau au pont Morand (pour le Rhône) et au pont de la Feuillée (pour la Saône). Il s'agit donc d'un différentiel de niveau, positif à l'amont de la station considérée, négatif à l'aval. Pour obtenir les cotes NGF H LE (k,i) de la ligne d'eau à chaque pas de temps k et dans chaque tronçon i, il suffit alors d'ajouter la hauteur d'eau relative H rel (i) à la moyenne mensuelle des mesures H station (k) sur ce pas de temps k : H LE (k,i) = H station (k) + H rel (i) Un programme de calcul a été écrit pour réaliser automatiquement toutes ces opérations ayant conduit à la constitution de 588 fichiers de valeurs mensuelles correspondant à 84 pas de temps 7 subdivisions du réseau (le Rhône de l'écluse aval aux canaux amont, le canal de Miribel, le canal de Jonage, le Vieux Rhône, la Saône, plus les 2 bras du Rhône à l'aval de l'écluse). 3.1.2. Recharge par les pluies Comme déjà signalé pour le régime permanent, en raison de l imperméabilisation quasi-totale des zones urbanisées, seuls les parcs et jardins situés dans la zone d étude constituent des zones de recharge de la nappe (11 % de la surface totale du modèle). Les pluies efficaces ont été calculées sur la période d'octobre 1999 à décembre 2006 à partir des données décadaires de pluviométrie et d ETP enregistrées à la station de Bron et en prenant une valeur de réserve en eau des sols de 100 mm (figure 16). Le modèle fonctionnant au pas de temps mensuel, la pluie efficace mensuelle a été obtenue par cumul des valeurs décadaires du mois (figure 17). A titre indicatif, le tableau ci-dessous présente les valeurs annuelles de pluie, d'etp et de pluie efficace sur la période 2000-2006. Pluie (mm) ETP (mm) Pluie efficace (mm) 2000 828 993.4 157.7 2001 825.8 934.7 160.2 2002 980.6 944.7 263.2 2003 663 1092.7 192.9 2004 751.4 1003.4 180.1 2005 650.4 1014.2 92.3 2006 729.6 1008.1 120 Tableau 6 : Pluie efficace annuelle de 2000 à 2006 40 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 16 : Pluie et pluie efficace au pas décadaire (Octobre 1999 à Décembre 2006) Figure 17 : Pluie efficace mensuelle (cumul sur décades) d'octobre 1999 à Décembre 2006 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 41

3.1.3. Prélèvements dans la nappe L'inventaire des prélèvements le plus complet concerne l'année 2002. Il a été constitué lors de la phase 2 de l'étude à partir du fichier des redevances de l'agence de l'eau Rhône Méditerranée et Corse, des données fournies par la DDAF du Rhône, de la consultation d'études du BURGEAP et du Grand Lyon (cf. rapport de la phase 2 de l'étude). Malgré les recoupements effectués, ce recensement présente des lacunes ou des imprécisions pouvant être dues à des ouvrages non déclarés, des localisations erronées ou approximatives ou encore des prélèvements non actualisés. Pour les années 2000, 2001, 2003, 2004, 2005 on ne dispose que des données venant de l'agence de l'eau RMC ; elles ne représentent qu'une partie des prélèvements effectués et, comme pour l'année 2002, il y a des imprécisions (localisation et volumes). De plus, d'une année à l'autre, les dénominations changent (par exemple, le type d'usage) ou bien certains prélèvements apparaissent une année mais pas la suivante, ce qui rend difficile la comptabilité et le suivi. Le tableau 7 suivant dresse une comptabilité globale faisant apparaître ces variations d'une année à l'autre. Industrie et pompes à chaleur Autres (usage non précisé) 2000 2001 2002 2003 2004 2005 50 064 700 47 480 300 50 990 900 44 223 200 42 014 400 37 946 021 (53) (49)? 88 900 (1) (12) (1) (1) (1) Irrigation 387 100 330 400 454 200 408 800 816 162 1 077 638 (63) 2 263 620 (44) 44 100 (50) 41 400 (55) 68 900 Drainage 11 574 500 14 701 500 13 458 189 11 957 900 14 770 200 13 579 300 parkings Champ captant de 99 585 490 102 816 370 107 291 980 113 232 000 108 431 000 108 431000 Crepieux- Charmy TOTAL 161 611 790 165 417 470 174 458 889 169 866 000 166 073 162 161 102 859 Les chiffres entre ( ) correspondent au nombre de sites de prélèvements Tableau 7 : Prélèvements annuels (en m 3 ) sur la période 2000 à 2005 Remarques : 1) Pour l'année 2006, aucun inventaire n'existant, les prélèvements de l'année 2005 ont été reconduits. 2) Le recensement des prélèvements variant d'une année à l'autre, les points de prélèvements ayant été recensés pour l'année année i-1 et ayant "disparus" l'année i suivante sont reconduits avec les valeurs de l'année i-1. 42 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

3) Pour la plupart, les prélèvements pour pompes à chaleur sont réinjectés dans la nappe. Ne sont donc pris en compte comme prélèvements effectifs que ceux pour lesquels il est précisé "restitution superficielle ou restitution à l'égout". a) Champ captant de Crépieux-Charmy L'essentiel de l'alimentation en eau potable provient du champ captant de Crepieux Charmy (80 puits et 32 forages), couvrant 375 ha entre les bras du Rhône au nord-est de la zone modélisée. La demande moyenne journalière est de l'ordre de 300 000 m 3, (109,5 M m 3 :an) pouvant dépasser 400 000 m 3 en pointe. Pour les années 2000 à 2004, les volumes prélevés étaient (en m 3 ) : 2000 2001 2002 2003 2004 99 585 490 102 816 370 107 291 980 113 232 000 108 431 000 Pour ces 4 années, on dispose aussi des volumes mensuels, qui ont donc été introduits dans le modèle. Pour 2005 et 2006, les prélèvements de 2004 ont été reconduits. Remarque Pour protéger le champ captant d'une pollution éventuelle venant du Rhône (les pompages créant un important cône de dépression) des bassins d'infiltration ont été creusés entre les bras du fleuve et les forages. L'eau infiltrée (venant du Rhône) fait remonter les niveaux de la nappe et crée un dôme piézométrique au droit des bassins, constituant ainsi une barrière hydraulique (en cas de pollution, l'alimentation des bassins est stoppée mais le dôme piézométrique mettra un certain temps à se résorber, faisant donc obstacle à la propagation d'une pollution). Ce dispositif fonctionne depuis 2006 et dans la configuration actuelle, le volume d'eau infiltré représente environ 50 % de l'eau pompée. b) Irrigation Les volumes prélevés ne sont connus que partiellement et sont annualisés. Les prélèvements ont été répartis sur 3 mois (Juin, Juillet, Août) correspondant à la période d irrigation. 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Volume (en m 3 ) 387 100 330 400 454 200 408 800 816 162 1 077 638 Nombre de points 4 4 14 5 6 14 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 43

c) Drainage des parkings souterrains 8 pompages d exhaure de parkings souterrains prélevant dans la molasse et réinjectant dans les alluvions ont été comptabilisés. Ces réalimentations de la nappe alluviale représentent environ 12 millions de m 3 par an. 6 pompages concernent des parkings gérés par Lyon Parc Auto. La répartition des prélèvements par site n'est connue que pour l'année 2002. Pour les autres années, une estimation par site a été faite en fonction du pourcentage de prélèvements par site, pourcentage qui pouvait être calculé pour l'année 2002 (tableau 8 ci-après). Coordonnées (Lambert II) X=794 393 Y=87 167 X=794 534 Y=87 607 X=794 435 Y=87 939 X=795 358 Y=87 629 X=795 596 Y=90 251 X=796 431 Y=87 743 2000 2001 2002 % Volume 2002 2003 2004 2005 22329 30178 28236 0.24 28489 31522 32351 323760 437577 409416 3.45 413078 457067 469088 178627 241422 225885 1.91 227905 252175 258808 1953725 2640551 2470614 20.85 2492713 2758162 2830706 1311787 1772941 1658841 14.00 1673679 1851909 1900617 5582072 7544431 7058897 59.56 7122036 7880464 8087730 TOTAL 9372300 12667100 11851889 100 11957900 13231300 13579300 Tableau 8 : Reconstitution des débits de drainage des parkings souterrains En gras ce qui est connu, en italique, ce qui est estimé à partir de la répartition connue en 2002 La répartition par mois n'étant pas connue, les valeurs annuelles ont été divisées par 12. d) Résumé : prélèvements pris en compte dans la modélisation Le graphique ci-dessous précise la distribution des prélèvements mensuels introduits dans le modèle sur la période 2000-2006. 44 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 18 : Prélèvements mensuels introduits dans le modèle Sur le graphique, la valeur dépassant les 16 M de m 3 (en Juin 2003, pas de temps n 42 s'explique par des prélèvements plus importants au champ captant de Crepieux- Charmy opérés à cette date, soit 10.83 M de m 3 ). La moyenne annuelle sur les 7 ans s'établit à 176.6 Millions de m 3. 3.1.4. Chroniques piézométriques Deux groupes de piézomètres ont été utilisés pour le calage du modèle : - un groupe de 30 piézomètres disposant de chroniques de mesures jusqu'en 2004 ; - un groupe de 28 piézomètres correspondant au nouveau réseau mis en place dans le cadre de l'étude et opérationnel depuis Octobre 2006. Les piézomètres de ces deux groupes sont listés en annexe 1 et leur localisation est précisée par la carte de l'annexe 4. Le tableau 9 ci-dessous rassemble quelques paramètres caractérisant globalement les séries de mesures issues du nouveau réseau piézométrique. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 45

Moyenne Ecarttype Valeur mini Valeur maxi Ecart max-min Nombre de mesures Bvd des Belges 163.11 0.16 162.84 163.55 0.72 246 Bvd Deruelle 162.75 0.12 162.47 163.03 0.56 245 Cim. militaire 164.28 0.27 163.82 165.04 1.22 232 Cours Charlemagne 162.21 0.05 162.11 162.35 0.24 225 Depôt de la Soie 168.65 0.21 168.19 169.06 0.87 254 Elco Brandt 159.87 0.12 159.54 160.08 0.54 244 Salle G. Philippe 163.67 0.16 163.35 164.10 0.75 246 Jardin public Varichon 167.16 0.04 167.08 167.24 0.16 254 La Doua 161.92 0.19 161.58 162.32 0.74 128 Place Romand 161.33 0.06 161.23 161.48 0.25 254 Place Wilson 163.44 0.14 163.16 163.67 0.51 107 Puits Gaillot 162.45 0.23 162.22 163.44 1.23 166 Quai Jayr 162.61 0.48 162.14 164.55 2.41 245 Rue Baraban 163.27 0.17 162.92 163.64 0.72 269 Rue des Docks 162.68 0.48 162.23 164.64 2.41 253 Eglise St Alban 167.10 0.06 166.99 167.18 0.19 254 Eglise St André 161.78 0.23 161.36 162.11 0.75 266 Eglise St Come 162.77 0.44 162.34 164.58 2.24 253 Eglise St François 164.11 0.20 163.64 164.53 0.89 253 Eglise St Jean 159.47 0.11 159.31 159.74 0.43 254 Eglise St Pothin 162.81 0.13 162.57 163.31 0.74 265 Stade des Channées 159.76 0.14 159.46 159.95 0.49 253 Stade Eyquem 165.69 0.53 164.71 166.94 2.23 267 Stade des Iris 165.76 0.40 164.92 166.53 1.61 267 Stade Jules Verne 163.69 0.15 163.38 163.92 0.54 254 Vaise 162.72 0.46 162.29 164.66 2.37 254 Vinatier 169.61 0.06 169.48 169.74 0.26 254 CNR 166.93 0.27 166.57 167.45 0.88 244 Tableau 9 : Caractéristiques statistiques globales des niveaux mesurés sur le nouveau réseau piézométrique Sur la période de mesures (26/10/2006 au 19/06/07 pour les chroniques complètes, soit 267 valeurs, cf. tableau) les fluctuations des niveaux enregistrés sur ces piézomètres sont peu importantes. Les écarts entre valeur minimale et maximale des séries sont inférieurs à 1 m sur 20 piézomètres. Ils ne dépassent 2 m (valeur maximale 2.4 m) que sur 5 piézomètres : Stade Eyquem, Eglise St Come, Rue des Docks, Vaise, Quai Jayr. 46 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

3.2. RÉSULTATS DU CALAGE 3.2.1. Utilisation de l'ancien réseau piézométrique Les comparaisons entre les courbes d évolution tracées à partir des mesures et les courbes tracées à partir des charges calculées sont reportées en annexe 2. Pour la plupart des piézomètres, les mesures sur la période 2000-2004 ont été faites à des pas de temps espacés, et 3 à 5 mesures par an seulement sont disponibles sur ces piézomètres. De plus, très généralement, les mesures manquent au moment où les niveaux du Rhône et de la Saône sont au plus haut, ce qui introduit des lacunes de comparaison dans l'appréciation du calage : les niveaux hauts piézométriques calculés, en relation avec les "pics" de niveaux du Rhône et de la Saône, ne peuvent donc être comparés à des mesures. Les tableaux 10 à 13 ci-après rassemblent quelques éléments d'appréciation et commentaires. Piézomètres "Rive gauche" Ecarts moyens mesures - calculs en m Observations P394 bis -0.49 Peu de fluctuations Le modèle est supérieur aux mesures P6 0.01 P477 0.24 P535 0.01 P469 bis -0.02 Pour ces 4 piézomètres, très bonne restitution en niveau moyen et fluctuations (celles-ci étant très faibles). P548-0.14 Bonne restitution. Fluctuations des niveaux mesurés de l'ordre de 1 m assez bien reproduites par le modèle mais celui-ci est légèrement au dessus des mesures. P521 0.05 Très bonne restitution - Fluctuations très faibles P187-0.97 Niveaux calculés inférieurs aux niveaux mesurés mais fluctuations assez bien reproduites P464 1.58 Niveaux calculés inférieurs aux niveaux mesurés mais Piézomètres "Presqu'île" Ecarts moyens mesures - calculs en m fluctuations assez bien reproduites sauf 2 "pics" Observations P436-0.31 Bonne reconstitution, mais le manque de mesures ne permet pas de savoir si les "pics" de niveaux calculés induits par les pics de niveaux de la Saône, sont bien restitués en amplitude. P110 ter -0.09 P115bis 0.04 P434 0.03 Pour ces 3 piézomètres, très bonne restitution des mesures, mais même observation que pour le P436. P428b 0.72 Assez bonne restitution et même observation que pour P436 Tableau 10 : Analyse du calage sur les piézomètres "Rive gauche" et "Presqu'île" BRGM/RP-55065-FR Rapport final 47

Piézomètres "Vaise" Ecarts moyens mesures - calculs en m P372-0.22 P551-0.34 P552 0.01 Observations Pour ces 3 piézomètres, la chronique des niveaux calculés s'ajuste bien sur les mesures (voir remarque ci-dessous) Tableau 11 : Analyse du calage sur les piézomètres "Vaise" Remarque - Les mesures de niveaux étant ponctuelles et les calculs étant réalisés au pas de temps mensuel, il est logique que les amplitudes de fluctuations des niveaux mesurés (1m à 1.5 m) soient moindres que celles observées (1.5 à 2 m) sur les chroniques de mesures. Par contre il y a une bonne adéquation avec les niveaux moyens mensuels de la Saône, sans que l'on puisse pour autant pousser plus loin la comparaison : - d'une part les piézomètres ne se situent pas à proximité de la station hydrologique, - d'autre part le pas de temps mensuel ne permet pas de mettre en évidence le temps de réaction de la nappe face à une montée du niveau de la Saône (temps sans doute assez bref). Piézomètres "Pierre Bénite" Ecarts moyens mesures - calculs en m Observations P482 0.31 Bonne reconstitution en niveau moyen et amplitude des fluctuations. P339 1.01 Valeurs calculées inférieures aux mesures et fluctuations plus amorties. P450 0.18 Bonne reconstitution en niveau moyen et amplitude des fluctuations. P342-0.90 Valeurs calculées supérieures aux mesures et fluctuations plus amorties. P41b -0.68 Fluctuations plus amorties et en légère avance de phase par rapport aux mesures. P515-1.42 Valeurs calculées nettement supérieures aux mesures et fluctuations plus amorties. P524-0.09 Niveau moyen reproduit, mais la chronique calculée est "plate" en raison du voisinage immédiat du drain de la CNR. La chronique de mesures présente un "saut" de 2m en 1999. Tableau 12 : Analyse du calage sur les piézomètres "Pierre Bénite" 48 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Piézomètres "Centre" Ecarts moyens mesures - calculs en m Pz centre 0.17 Pz NE 0.09 Pz Baraban -0.02 Pz SE 0.44 Bv des Belges -0.01 La Doua 0.19 Observations La restitution est correcte en niveau moyen. La difficulté de calage réside dans le manque de données sur les débits drainés et réinjectés à chaque pas de temps (seul un débit global est disponible). Bonne restitution. L'influence des pompages dans le secteur "Part Dieu" se propage jusqu'à ces piézomètres. D'autres fluctuations restent à expliquer. Tableau 13 : Analyse du calage sur les piézomètres " Centre" Remarque - Les variations de niveaux observés sur les 4 piézomètres du secteur "Part Dieu" ne peuvent s'expliquer que par une variabilité intra-annuelle des pompages et réinjectons qui se font dans ce secteur. Or seule une valeur annuelle est disponible (ou bien un débit de pompage horaire déclaré). A titre d'essai, pour reproduire la baisse de niveau observée en 2003 une séquence de prélèvements et réinjections variant d'un mois à l'autre a été établie, permettant de mieux reproduire cette baisse, en particulier sur les piézomètres "Pz-Centre" et "Pz-Baraban". Conclusion Les écarts moyens entre mesures et calculs sont généralement inférieurs à 50 cm. Ils ne sont nettement supérieurs à 1 m que pour 2 piézomètres (P464 avec +1.58 m et P515 avec -1.42 m) et proches de 1 m pour 2 piézomètres (P339 avec un écart égal à -1.01 m et P187 avec un écart de 0.97 m). Critères globaux de comparaison Une appréciation quantitative globale du calage a été faite en calculant par piézomètre la moyenne des valeurs mesurées et celle des valeurs simulées puis en calculant les écarts entre ces moyennes (sachant qu'une comparaison date à date n'est pas possible, compte tenu de l'irrégularité temporelle des mesures sur la période 2000-2004). Les caractéristiques statistiques de cet échantillon de 30 écarts sont rassemblées dans le tableau ci-dessous. Nombre de valeurs 30 Minimum -1.42 Maximum 1.58 Moyenne -0.02 Ecart-type 0.57 La moyenne des écarts, proche de 0 (2 cm) montre qu'il n'y a globalement ni surestimation ni sous estimation des niveaux calculés. L'écart type des écarts, 57 cm (66 cm pour le régime permanent) confirme l'analyse par piézomètre dont les tableaux 10 à 13 rendent compte. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 49

L'histogramme ci-dessous précise la distribution des fréquences par classe de valeurs des écarts Figure 19 : Histogramme de la distribution des écarts de calage 3.2.2. Comparaison avec les mesures utilisées pour le calage en régime permanent Afin de valider ce calage en transitoire, les valeurs calculées en mai 2004 et novembre 2004 ont été comparées aux mesures qui avaient été faites à ces mêmes périodes, sur 75 points et qui avaient été utilisées pour le calage en régime permanent (plus précisément la moyenne mai 2004-novembre 2004). Les comparaisons visuelles (figure 21 page suivante) et quantitatives (tableau 14) confirment la bonne qualité du calage réalisé sur la période 2000-2004 (la moyenne des écarts reste toujours proche de 0 et l'écart type des écarts est de 75 cm en Mai et 77 cm en Novembre (20 cm de plus que celui issu de l'analyse globale du 3.2.1)). Mai 2004 Novembre 2004 Nombre de valeurs 57 72 Moyenne des valeurs observées (m) 162.6 163.18 Moyenne des valeurs calculées (m) 163.22 163.13 Ecart-type des valeurs observées (m) 2.22 3.14 Ecart-type des valeurs calculées (m) 3.13 3.11 Moyenne des écarts (m) -0.07 0.02 Ecart type des écarts (m) 0.75 0.77 Ecarts maxima -2.16 et +2.13-2.19 et + 2.62 Tableau 14 : Comparaisons statistiques avec les mesures utilisées pour le régime permanent 50 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Remarque : La mauvaise restitution des points "Elco Brandt" et "Rue Decomberousse" tant au niveau du régime permanent que du régime transitoire (Novembre 2004 seulement pour Elco Brandt où il n'y avait pas eu de mesure en Mai 2004) s'explique probablement par une cote erronée du repère de mesure (ou une mauvaise transcription), car ces deux points, repris dans le nouveau réseau, sont bien reproduits par le modèle (Rue Decomberousse correspondant à "Dépôt de la Soie" dans le nouveau réseau) Les histogrammes de la figure 20 précisent la distribution statistique des écarts. 20 35 16 30 25 Fréquence 12 8 4 Fréquence 20 15 10 5 0-1.7-1.2-0.7-0.3 0.2 0.7 1.2 1.6 2.1 2.6 0-1.7-1.1-0.6-0.1 0.5 1.0 1.5 2.1 2.6 Figure 20 : Histogramme des écarts ente mesures et calculs (Mai et Novembre 2004) BRGM/RP-55065-FR Rapport final 51

174 Mai 2004 172 Niveau calculé (m) 170 168 166 164 162 160 CNR (P476) Rue Decomberousse Mills Lycée Lacassagne CNR (SPA 32) 158 156 154 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Niveau mesuré (m) 174 172 Novembre 2004 170 Rue Decomberousse 168 Niveau calculé (m) 166 164 162 160 Elco-Brandt CNR(P476) Mills Rue Branly Lycée Lacassagne 158 156 154 154 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Niveau mesuré (m) Figure 21 : Diagrammes de dispersion pour les mois de Mai et Novembre 2004 52 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

3.2.3. Utilisation du nouveau réseau piézométrique Le nouveau réseau est opérationnel depuis début octobre 2006. Seules les données d'octobre à décembre 2006 fournies par ce réseau ont été exploitées dans cette étape de modélisation. Elles ont surtout servi de validation au calage effectué sur la période 2000-2004 mais ont aussi permis d'affiner ce calage sur quelques secteurs. Les comparaisons graphiques sont reportées en annexe 3 (modèle au pas de temps mensuel et mesures au pas journalier). Lorsque les fluctuations journalières enregistrées sur les piézomètres sont supérieures à 1 m, la comparaison avec les mesures journalières est doublée par une comparaison avec les moyennes mensuelles (3 valeurs : Octobre, Novembre, Décembre). Malgré la courte période utilisée, il y a sur la quasi-totalité des piézomètres une très bonne adéquation entre mesures et calculs. Le tableau ci-dessous précise ces comparaisons. Piézomètre avec amplitudes de fluctuations journalières 1m Rue des docks Eglise St Come St Damien Quai jayr Vaise (Place de Paris Gare) Puits Gaillot (mairie centrale) Cimetière militaire Stade Eyquem Stade des Iris Autres piézomètres Cours Charlemagne Eglise St Pothin Eglise St André Stade des Channées Elco Brandt St Jean de Dieu Place E. Romand Salle Gerard Philippe Eglise St François Place Wilson Dépôt de la soie Vinatier Bvd Deruelle Stade Jules Verne Rue Baraban Bvd des belges La Doua Rue Domer (P548 de la CNR) Jardin public Varichon Eglise St Alban - Laennec Observations Bonne restitution des niveaux moyens (comparaison aux moyennes mensuelles d'octobre., de Novembre et Décembre 2006) Niveau moyen calculé supérieur de 50 cm environ aux moyennes mensuelles Observations Ecarts de 25 à 30 cm Ecart de 50 cm Ecart < 50 cm (généralement < 30 cm) Ecart de 50 cm Ecart < 50 cm (généralement < 30 cm) Pour ces 2 piézomètres, les niveaux calculés sont inférieurs de 2 m aux niveaux mesurés. Tableau 15 : Comparaisons des niveaux calculés aux mesures faites sur les piézomètres du nouveau réseau BRGM/RP-55065-FR Rapport final 53

Le diagramme de dispersion de la figure 22 met en relation les valeurs calculées en Décembre 2006 avec la moyenne des mesures journalières sur ce mois. 174 172 170 168 Niveau calculé (m) 166 164 St Alban Jardin Public 162 160 158 156 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 Niveau mesuré (m) Figure 22 : Diagramme de dispersion pour Décembre 2006 Moyenne des écarts (m) -0.09 Ecart type des écarts (m) 0.55 Ecarts maxima -1.04 et + 1.65 Ce diagramme et la quantification des écarts confirment la robustesse du calage effectué. La moyenne des écarts est proche de 0 et l'écart-type est de 55 cm. Il y aura lieu néanmoins d'expliquer pourquoi 2 points (Jardin Public et St Alban) présentent des écarts de calage beaucoup plus importants que les autres points. 54 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

3.2.4. Restitution des paramètres Le calage sur la piézométrie a été effectué : - en retouchant les champs de perméabilités obtenus en régime permanent ; - en retouchant les valeurs de "perméabilité de colmatage" des cours d'eau issues du régime permanent ; - en réglant par couche les coefficients d'emmagasinement. Champs de perméabilité Les perméabilités ont été introduites dans le modèle lors de la construction du maillage suivant la méthode décrite au 2.2.3.2, illustrée par la figure 4, et en utilisant les valeurs de perméabilité caractérisant les différentes formations rencontrées dans le domaine modélisé (tableau 2, 2.5.1). La gamme de valeurs s'étend de 5.10-5 m/s (formations molassiques) à 8.10-3 m/s (alluvions). La distribution spatiale des valeurs dans les couches 3 et 5 du modèle est précisée par les figures 23 et 24. Coefficients d'emmagasinement Une première zonation a été établie sur la base des zones de perméabilité. Après quelques essais, 3 valeurs ont été retenues, 5% (molasse), 10 % et 15 %, en accord avec les quelques valeurs disponibles issues de l'interprétation des pompages d'essai (cf. rapport de l'année 1). La distribution spatiale de ces valeurs est précisée par les figures 25 et 26. Perméabilités de colmatage des cours d'eau La distribution de ces perméabilités, qui régissent avec les différentiels de charge et l'épaisseur du lit des cours d'eau, les échanges de flux, est précisée par la figure 27. La perméabilité est de 10-6 m/s à 5.10-6 m/s sur la plus grande partie du cours du Rhône et de la Saône, de 10-9 m/s le long du canal de Jonage (très peu perméable), de 10-8 m/s sur 1.5 km juste à l'amont de la limite Sud et de 10-4 m/s à l'aval de l'écluse (valeur peu plausible qu'il conviendra sans doute de diminuer). BRGM/RP-55065-FR Rapport final 55

Figure 23 : Champ de perméabilités de la couche 3 du modèle 56 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 24 : Champ de perméabilités de la couche 5 du modèle BRGM/RP-55065-FR Rapport final 57

Figure 25 : Coefficients d'emmagasinement de la couche 3 du modèle 58 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Figure 26 : Coefficients d'emmagasinement de la couche 5 du modèle BRGM/RP-55065-FR Rapport final 59

Figure 27 : Perméabilités de colmatage des cours d'eau 60 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

4. Réseau de surveillance piézométrique Le réseau de surveillance, comprenant 29 ouvrages défini en 2004, n a pu être installé lors de la deuxième phase (2005). Les travaux de forage commandés par les services du Grand-Lyon sur les 17 sites présélectionnés n ont pu débuter que fin décembre 2005 et se sont achevés courant février 2006. L appel d offre concernant le matériel de mesure a été lancé par le Grand-Lyon en février. La société OTT a été retenue dans le cadre de ce marché. Les points de surveillance ont été équipés durant la dernière semaine du mois de septembre et la première d octobre 2006. 4.1. RÉALISATION DE NOUVEAUX PIÉZOMÈTRES L ensemble des ouvrages a fait l objet d une déclaration unique préalable aux travaux souterrains (rubrique 1.1.0 de la nomenclature IOTA). Les piézomètres ont été réalisés entre fin décembre 2005 et mi février 2006 par la société AQUIFORE, elle-même mandatée par le Groupe J. Le Grand-Lyon et le BRGM ont veillé à ce que ces ouvrages soient effectués suivant les règles de l art. Un indice national a été attribué à chaque piézomètre. Conformément à la réglementation, un compte rendu de fin de travaux a été systématiquement rédigé. Il comprend notamment les coupes géologiques et techniques et le niveau statique (annexe 5). Ces documents ont été intégrés à la BSS (Banque du Sous-Sol) et sont consultables sur le site du BRGM (http ://infoterre.brgm.fr). Figure 28 : Réalisation de l ouvrage rue des docks BRGM/RP-55065-FR Rapport final 61

Les 17 ouvrages sont équipés d un tube PVC de 115mm intérieur minimum. Ce diamètre permet l installation de tout type de matériel de mesure de niveau, il permet en outre l installation d une pompe et la réalisation de prélèvements d échantillons d eau. Les têtes de forage déjà recouvertes par des bouchons cadenassés ont été intégrées dans un regard en béton recouvert d un tampon en fonte. Ces travaux de sécurisation ont été réalisés par la société GANTELET-GALABERTHIER à la demande du Grand- Lyon. 4.2. EQUIPEMENT ET FONCTIONNEMENT DE L'ENSEMBLE DES PIÉZOMÈTRES La société OTT a été retenue dans le cadre du marché lancé par le Grand-Lyon. A l'exception du Puits Gaillot, les 25 autres ouvrages ont été équipés par des sondes de pression de type Orphéus mini complétées d un système de télétransmission GSM (Global System for Mobile communications) pour 11 d entre eux (voir répartition sur la carte présentée en annexe 4). Le puits Gaillot fait en effet exception du fait de sa localisation. Situé dans une cave de l Hôtel de ville, le système GSM ne pouvait être utilisé pour la télétransmission des données. Il a donc été équipé d un appareil de mesure avec flotteur et contrepoids (Thalimèdes) complété par un système de télétransmission RTC (Réseau Téléphonique Commuté). L ouvrage situé rue Charny à Villeurbanne à l UCJG (Union Chrétienne des Jeunes Gens) n a pas été équipé faute de place dans le tubage, le matériel de pompage encore présent (pompe et colonne de refoulement) n ayant pu être démonté. Figure 29 : Exemple d installation à l église Saint-François Régis de Villeurbanne 62 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

L équipement de l ensemble du réseau de surveillance a été réalisé par la société OTT et le BRGM du 26 septembre au 06 octobre 2006. Le réseau est opérationnel depuis le 06 octobre 2006 (liste des points en annexe 1). L ensemble des stations de mesure a été paramétré pour réaliser et stocker une mesure de niveau d eau toutes les heures. Ces données horaires sont ensuite télétransmises chaque semaine pour les ouvrages équipés de modem ou récupérées lors d une tournée de contrôle et d étalonnage pour les autres, chaque trimestre environ. Les capteurs de pression Orpheus mini permettent également l acquisition de données de température (voir répartition sur la carte présentée en annexe 4). Ces données sont bancarisées et disponibles sous forme de chroniques, il n est pas prévu de les interpréter dans le cadre de la présente convention. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 63

5. Conclusions Cette troisième phase du projet de modélisation des écoulements souterrains sous l'agglomération lyonnaise a permis de caler en régime transitoire le modèle hydrodynamique qui avait été construit et calé en régime permanent lors de la deuxième phase du projet (année 2). Les simulations ont été réalisées au pas de temps mensuel sur la période 2000-2006. Pour prendre en compte l'impact sur la nappe des variations de niveaux du Rhône et de la Saône, ceux-ci ont été connectés hydrodynamiquement à la nappe. Ce type de connexion permet à la nappe d'évoluer librement sous l'influence des niveaux des cours d'eau, le sens des échanges dépendant des différentiels de charge hydraulique entre la nappe et le cours d'eau. Les principaux ouvrages souterrains (bâtiments et parkings, lignes de métros, collecteurs d'assainissement) susceptibles de perturber les écoulements souterrains ont été introduits dans le modèle sous formes de mailles imperméabilisées (bâtiments, parkings) ou de cloisons étanches entre mailles (ouvrages linéaires). La comparaison des niveaux calculés par le modèle aux niveaux mesurés sur 30 piézomètres de l'ancien réseau de suivi de la nappe et 29 piézomètres du nouveau réseau, équipés d'enregistreurs, montre une bonne adéquation entre mesures et calculs (écarts moyens généralement inférieurs à 50 cm et fluctuations des niveaux bien reproduites). Seuls 2 piézomètres du nouveau réseau présentent un écart moyen de l'ordre de 2 m et 2 piézomètres de l'ancien réseau un écart de l'ordre de 1.5 m qu'il conviendra d'expliquer. Pour mieux prendre en compte les variations brusques de niveaux du Rhône et de la Saône, il sera nécessaire de réaliser des simulations au pas de temps journalier, le pas de temps mensuel ayant un effet amortissant. Ce sera l'objet de l'année 4 du projet, prévue aussi pour simuler des crues du Rhône et de la Saône suivant différents scénarios de fréquence fournis par la Compagnie Nationale du Rhône. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 65

5. Bibliographie Amraoui N., Tuffet E., Nicolas J. et Seguin J.J., 2005 - Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l'agglomération lyonnaise, rapport d'étape phase 2. Construction du modèle hydrodynamique et calage en régime permanent. Rapport BRGM RP-54379-FR Barat A., Petit V., 1988, Barrage des portes du Rhône. Simulation de l impact sur les eaux souterraines, 88 SGN 064 RHA Bernard N. 2003, Modélisation du sous-sol de l'est lyonnais et relation avec le tissu urbain. Mémoire de stage DESS Braneyre M., Crochet P., 1992, Modélisation hydrodynamique de l'île de Miribel- Jonage. Incidence de l'aménagement des plans d'eau. Rapport BRGM R35138 RHA 4S 92. BURGEAP, DDAF du Rhône, Ministère de l Environnement., 1995, Etude de la nappe de l Est Lyonnais, Rapport d étude, 44p. BURGEAP 2005, Modélisation de la nappe de l Est Lyonnais. Documentation du logiciel Napely 2.0 Rapport RLy.1545a / A.11819 / C.904047 Cisse A., 2004, Mise en place du réseau piézométrique de l'agglomération lyonnaise. Problématique : remontée de nappe. Mémoire de stage de maîtrise de sciences de l'environnement. Collin J.J., Gudefin H., Herve J.Y., et al, 1973, Système aquifère de l'est lyonnais (01-38-69), synthèse des connaissances, Rapport BRGM 73 SGN 199 JAL. Crochet P., 1992, Étude de l'impact de l'aménagement des portes du Rhône sur la piézométrie de l'île de Miribel-Jonage (69). R 35139 RHA 4S 92. Crochet. P., 1990, Modélisation hydrodynamique de l'agglomération lyonnaise, Rapport BRGM/R-31479 RHA 4S 90 Dubar C., Fournier I., 1993, Métropolitain «Ligne D» Secteur gorge du Loup/Vaise Détermination des niveaux de hautes eaux des nappes souterraines et de l impact des ouvrages du métro sur les écoulements. BRGM R37499 RHA 4S 93. Dubar C., Suais M.F., 1993, Modélisation hydrodynamique de la presqu'île lyonnaise au droit de l'ancienne usine à gaz de Lyon Perrache (69) BRGM/RN-00601-FR Etude environnementale et hydrogéologique des couloirs fluvio-glaciaires de Décines et de Meyzieu, 1997. Rapport d'étude SETUDE. Mongereau N., 2001, Géologie de Lyon. Editions Lyonnaises d Art et d Histoire. 91p. Morandini J., Petit V., 1987, CNR, barrage de Miribel-Saint-clair. Impact sur les eaux souterraines.87 SGN 290 RHA. BRGM/RP-55065-FR Rapport final 67

Nicolas J., Petit V., Thierry P., 2004, Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l'agglomération lyonnaise, rapport d'étape phase 1. Rapport BRGM RP-53569-FR. Petit V., 1987, CNR, barrage de Miribel-Saint-clair. Impact sur les eaux souterraines. Simulations de nouvelles configurations. 87 SGN 290 RHA. Petit V., 1987, Métropolitain ligne D. Secteur gorge de Loup / Vaise. Étude de nappe. 87 SGN 002 RHA. Rencurel R., 2004, Modélisation hydrogéologique du sous-sol de l'agglomération lyonnaise. Inventaire des données nécessaires, mise en place d'un réseau piézométrique, modélisation des barrières hydrauliques souterraines 1 e phase. Mémoire de stage. Service Navigation Rhône-Saône. 2003, Amélioration de la prévention vis-à-vis du risque inondation sur le territoire du Grand - Lyon. Étude de l'aléa inondation induit par les crues du Rhône et de la Saône. Synthèse hydrogéologique et thermique des forages pompes à chaleur. Lyon Villeurbanne (69) ; Étude DH160. Octobre 2000. Rapport Horizons. Thiéry D., 2004, Logiciel MARTHE 6.4 : Couplage nappe rivières et nappes drains ; bilans hydroclimatiques, Note technique NT EAU 2004/19. Thiéry D - Logiciel MARTHE, Notice BRGM R-32210. Vigouroux P., 2001, Analyse des situations d'inondation de nappe phréatique à Lyon en mars 2001. Rapport BRGM/RP-51160-FR. 68 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Annexe 1 Liste des piézomètres utilisés dans la modélisation BRGM/RP-55065-FR Rapport final 69

Piézomètres utilisés pour le calage sur la période 2000-2004 (30) Identifiant Indice BSS XL2 (m) Y L2 (m) Propriétaire Situation Périodes de mesures P115 bis 06986O0303 793377 2085638 CNR presqu île 1997 à 2004 P394 bis 06986O0305 794275 2085805 CNR rive gauche 1997 à 2004 P469 bis 06986T0102 794473 2083106 CNR rive gauche 1995 à 2004 P477 06986S0191 793912 2084443 CNR rive gauche 1995 à 2004 P521 06986T0103 794892 2083266 CNR rive gauche 1995 à 2004 P535 06986T0105 794655 2083832 CNR rive gauche 1995 à 2004 P482 07222H0171 795657 2082233 CNR rive gauche 1975 à 2004 P339 07222X0397 795880.6 2081318.2 CNR rive gauche Saint Fons 1975 à 2004 P342 07222X0398 795774.5 2080585.5 CNR rive gauche Saint Fons 1975 à 2004 P450 07222X0399 795847.9 2080914.5 CNR rive gauche Saint Fons 1975 à 2004 P515 07222X0400 795390.4 2080231.6 CNR rive gauche Saint Fons 1975 à 2004 P41b 07222X0401 795517.6 2080960.3 CNR rive gauche Saint Fons 1975 à 2004 rive droite Pierre P524 07222X0402 794382.6 2080327.3 CNR Benite 1975 à 2004 P548 06986R0089 795706 2086166 CNR rive gauche 1997 à 2004 P187 bis 06987Q0056 796256 2085069 CNR rive gauche 1997 à 2004 P551 06986J0283 791990 2089450 CNR Vaise 1997 à 2004 P552 06986H0108 791810 2089185 CNR Vaise 1997 à 2004 P372 06986K0049 792540 2090215 CNR Vaise 1997 à 2004 P436 06986O0304 793680 2087030 CNR presqu île 1997 à 2004 P428 bis 06986S0195 792859 2085113 CNR presqu île 1997 à 2004 P110 ter 06986O0302 793756 2085906 CNR presqu île 1997 à 2004 P434 06986S0194 793519 2085310 CNR presqu île 1997 à 2004 P464 06986T0052 795200 2085435 CNR rive gauche 1997 à 2004 P6 06986S0123 793578 2084477 CNR rive gauche 1997 à 2004 La Doua 06987A0186 796590 2089720 BRGM rive gauche 1968 à 2005 Bd des Belges 06986B0234 795580 2089040 BRGM rive gauche 2000 à 2004 Part Dieu 06987M0130 796446 2087814 ANTEA rive gauche 2002 à 2004 Part Dieu 06987M0131 796482 2087619 ANTEA rive gauche 2002 à 2004 Pz Baraban 06987M0008 796910 2087380 ANTEA rive gauche 1986 à 2005 Part Dieu Pz SE 06987M0132 796448 2087484 ANTEA rive gauche 2002 à 2004 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 71

Piézomètres du nouveau réseau (29) : mesures disponibles depuis Octobre 2006 (utilisés pour le calage du modèle) NOM INDICE_BSS X L2 (m) Y L2 (m) TELETRANSMISSION Bvd des belges 06986B0234/S 795580.00 2089040.00 NON Quai Jayr 06986J0284/PZ 792168.00 2089225.00 OUI Puits Gaillot (mairie centrale) 06986L0115/F 794340.00 2088366.00 OUI Bvd Deruelle 06986P0292/PZ 795950.00 2087890.00 NON CNR rue Domer 06986R0089/S 795725.90 2086187.20 NON Eglise St Pothin 06986X0172/PZ3 795184.90 2088229.50 OUI Eglise St André - Guillotière 06986X0173/PZ4 794856.60 2086689.80 OUI Stade des Channées 06986X0174/PZ6 794132.20 2084936.40 OUI Eglise St Come St Damien 06986X0175/PZ8 793454.80 2090956.90 OUI Rue des docks 06986X0176/PZ9 792670.70 2090781.90 OUI St Jean de Dieu 06986X0177/PZ10 795577.60 2083345.50 NON Vaise (Place de Paris Gare) 06986X0178/PZ12 791910.50 2089623.80 NON Elco Brandt 06986X0179/PZ13 794860.00 2084185.50 OUI Cours Charlemagne 06986X0180/PZ17 793502.00 2085857.00 OUI La Doua 06987A0186/S 796607.00 2089749.00 OUI Salle Gerard Philippe 06987I0210/PAC 797282.40 2088376.90 NON Place Wilson 06987X0417/PZ18 796923.00 2089071.00 NON Cimetière militaire 06987J0104/PZ 798126.50 2090283.70 NON Rue Baraban 06987M0008/S3 796910.00 2087380.00 NON UCJG 06987N0017/F 798624.50 2087077.00 En attente Vinatier 06987Q0017/R54 799670.00 2085720.00 NON Stade Eyquem 06987X0291/PZ1 799479.00 2089731.60 OUI Stade des Iris 06987X0292/PZ2 799356.40 2088576.50 OUI Stade Jules Verne 06987X0293/PZ5 797704.00 2086604.50 NON Place E. Romand 06987X0294/PZ7 796282.20 2083795.10 NON Eglise St Alban - Laennec 06987X0295/PZ11 798193.10 2085325.80 NON Eglise St François 06987X0296/PZ14 797987.10 2088850.10 OUI Jardin public Varichon 06987X0297/PZ15 797288.80 2084654.90 NON Dépôt de la soie 06987X0298/PZ16 801001.00 2087747.40 NON 72 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Annexe 2 Comparaisons des niveaux calculés aux niveaux mesurés sur les piézomètres de l'ancien réseau (2000-2004) BRGM/RP-55065-FR Rapport final 73

1] Piézomètres "rive gauche" BRGM/RP-55065-FR Rapport final 75

76 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 77

2 ]Piézomètres "Presqu'île" 78 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 79

3] Piézomètres "Pierre Bénite" 80 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 81

82 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Piézomètres "Vaise" Piézomètres "Part-Dieu" BRGM/RP-55065-FR Rapport final 83

84 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 85

Piézomètres Bv des Belges et La Doua 86 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Annexe 3 Comparaisons des niveaux calculés aux niveaux mesurés sur les piézomètres du nouveau réseau (Octobre-Décembre 2006) BRGM/RP-55065-FR Rapport final 87

1] Secteur Saône-Vaise BRGM/RP-55065-FR Rapport final 89

90 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

2] Secteur "Presqu'île" BRGM/RP-55065-FR Rapport final 91

3] Rive Gauche Rhône 92 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 93

4] Secteur Nord-Est 94 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

5] Secteur "Est" BRGM/RP-55065-FR Rapport final 95

6] Secteur "Centre" 96 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

BRGM/RP-55065-FR Rapport final 97

7] Secteur Sud-Est 98 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

Annexe 4 Carte de localisation des piézomètres utilisés dans la modélisation BRGM/RP-55065-FR Rapport final 99

Connaissance hydrogéologique du sous-sol de l'agglomération lyonnaise - Phase 3 BRGM/RP-55065-FR Rapport final 101

Annexe 5 Coupes géologiques et techniques des piézomètres réalisés BRGM/RP-55065-FR Rapport final 103

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106 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

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108 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

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114 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

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118 BRGM/RP-55065-FR Rapport final

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Centre scientifique et technique 3, avenue Claude-Guillemin BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 France Tél. : 02 38 64 34 34 Service géologique régional Rhône-Alpes SGR/RHA 151, Bd Stalingrad 69626 Villeurbanne Cedex - France Tél. : 04 72 82 11 50