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Les nappes deau souterraines en contexte urbainXIV es journes techniques du Comit franais dhydrogologieComit national franais de lAssociation internationale des hydrogologues

8 10 novembre 2007 Le Grand Lyon

Colloque Lyon 2007

Les nappes deau souterraines en contexte urbain

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8 10 novembre 2007 Le Grand Lyon

Colloque Lyon 2007


Comit franais dhydrogologie, 2007 ISSN 1958-5365 ISBN 978-2-9530816-0-2

Colloque 8 10 novembre 2007 LyonHmicycle du Grand Lyon Htel de communaut 20, rue du Lac 69003 Lyon


Secrtaires du colloquePierrick Chastagner Disthne

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Yves Gouisset Diren Rhne-Alpes

Comit d'organisationYves Gouisset . . . . . . . . . . . . . . Diren Rhne-Alpes Pierrick Chastagner . . . . . . . . Disthne Laurence Chery . . . . . . . . . . . Brgm, secrtaire du CFH-AIH Nicole Baran . . . . . . . . . . . . . . Brgm, secrtaire adjointe du CFH-AIH Pierre Marchet . . . . . . . . . . . . . Agence de leau Adour-Garonne Laurent Cadilhac . . . . . . . . . . Agence de leau Rhne-Mditerrane et Corse Bruno Leclerc . . . . . . . . . . . . . Trsorier du CFH-AIH Jean-Claude Roux . . . . . . . . . . Prsident du CFH-AIH

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XIVes journes techniques du Comit franais dhydrogologie Lyon 810 novembre 2007

Les nappes deau souterraines en contexte urbainEn contexte urbain, o les pressions anthropiques sont fortes et nombreuses, la gestion des nappes souterraines est confronte des conditions historiques, techniques et conomiques particulires. Les influences de lactivit humaine sur les nappes sont multiples : impermabilisation, dficits dalimentation, cloisonnement par les parois moules, rabattements temporaires et permanents des niveaux de nappes, tassement des terrains, fuites des rseaux deaux uses et des stockages de substances polluantes, pompes chaleur Peut-on considrer certaines nappes sinistres comme voues labandon ou faut-il au contraire redoubler de vigilance ? La ville crot et menace ou rattrape des zones de captage deau potable jusqualors prserves : comment grer le conflit ? La rglementation actuelle concernant lhydrogologie urbaine est-elle suffisante, est-elle perfectible ? Quels enseignements tirer des retours dexprience ? Ces questions complexes sont abordes par le biais de quatre sessions : quilibres et dsquilibres physiques Pollutions Usages thermiques Gestion et rglementationLe bureau du Comit franais dhydrogologieix

XIVes journes techniques du Comit franais dhydrogologie Lyon 8-10 novembre 2007

ProgrammeJeudi 8 novembre8 h 30 Accueil des participants

Allocution douverture de Michel REPPELIN9 h 00 Vice-Prsident du Grand-Lyon en charge de lEnvironnement, Maire de Collonges-aux-Monts-dOr

Accompagn de Jean CHAPGIER-LABOISSIREResponsable du service Dveloppement durable - Direction de leau - Grand Lyon

9 h 15

Session 1 - QUILIBRES ET DSQUILIBRES PHYSIQUESPrsident : Grard NICOUD - Professeur, Universit de Savoie Les parcs de stationnement souterrains de Lyon, principes de constructionAlain LEMAY - LYON PARC AUTO

Ralisation de parkings en contexte peu favorableMarc BOISSON - SOGREAH

Le projet Mozart Paris - Issy-les-Moulineaux Hydrogologie, fondations profondes et rglementationGrard MONNIER - BURGEAP

Grandes infrastructures souterraines en site urbain : impact sur les coulements de nappeChristine ONDEL - EGIS Rail

Connaissance hydrogologique du sous-sol de lagglomration lyonnaiseJacques COUDERT - GRAND-LYON, Jrme NICOLAS - BRGM Rhne-Alpes

12 h 30 13 h 00 14 h 15

Remise des prix ARCHAMBAULT et CASTANY Djeuner sur place (salon Louis Pradel - Grand Lyon) Paris - Contrle de lala li aux dissolutions du gypseJean-Franois VERNOUX - BRGM, Anne-Marie PRUNIER-LEPARMENTIER IGC Pierre THIERRY, Cline NOWAK, milie VANOUDHEUSDEN - BRGM

La nappe de Seine-Saint-Denis : carte de zonage de linfiltrabilit du solOlivier FOUCH CNAM

15 h 00

Session 2 POLLUTIONSPrsident : Nol MONGEREAU - Professeur honoraire Bancarisation et valorisation des donnes de suivi de la qualit des eaux souterraines au droit des sites industriels en rgion Rhne-AlpesLaurent ALBERT - DRIRE Rhne-Alpes, Laurent CADILHAC - Agence de leau RM&C, Romain CHARTIER - BRGM Rhne-Alpes

Bilan des cas dimpact de pollution de nappes sur les travaux et infrastructures souterraines en milieu urbainClaude MICHELOT - BURGEAP

Risques de pollutions chimiques ou bactriennes dans la construction et lexploitation des infrastructures de transport : inventaire, classification, prvention, remdesChristine ONDEL - EGIS Rail

Dynamique du carbone organique dissous dans les nappes souterraines laplomb de bassins dinfiltrationFlorian MALARD - CNRS, OTHU

17 h 30 17 h 45 20 h 00

Fin de la premire journe Assemble gnrale du CFH Dner en ville

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Vendredi 9 novembre8 h 30 Accueil des participants 9 h 00

Session 3 - USAGES THERMIQUESPrsident : Fabrice BOISSIER - Directeur du dpartement Gothermie - BRGM

12 h 45

La filire gothermie trs basse nergie en FranceFabrice BOISSIER - BRGM

Atlas sur la gothermie trs basse nergie en rgion CentreJean Claude MARTIN - BRGM Centre

Rgime thermique des nappes phratiques laplomb de bassins dinfiltrationArnaud FOULQUIER - CNRS, OTHU

Ville de Grenoble : utilisation thermique de la nappeClaire CHARGUERON - SOGREAH, Frdric JACQUES - Ville de Grenoble

Utilisation de leau de nappe pour le traitement thermique des btimentsChristian GERINTE - BARBANEL

Une exprience russie de gothermie en Rhne-Alpes : la CAF de Lyon. Bilan des neuf annes de fonctionnementJos NAVETEUR - EDF

Djeuner sur place (salon Louis Pradel - Grand Lyon)

14 h 00

Session 4 - GESTION ET RGLEMENTATIONPrsident : Philippe DUPONT - Directeur Planification et programmation - Agence de lEau RM&C

Scurisation de lalimentation en eau de consommation en situation de crise : le cas de lagglomration lyonnaise et de son approvisionnement potentiel via sa nappe urbaine profondePhilippe CORRIGNAN - ANTEA, Yves DELACRETAZ Grand Lyon Nol MONGEREAU - Professeur honoraire

Une dmarche concerte pour la gestion dune nappe en secteur priurbain : le schma damnagement et de gestion des eaux (SAGE) de lEst lyonnaisCaroline BERSOT - Conseil Gnral du Rhne

Application de la rglementation des eaux souterraines dans le contexte de lagglomration lyonnaiseDaniel DANCETTE, Fabienne GOETZ - Direction dpartementale de lagriculture et de la fort du Rhne, Juliana CARBONEL - Service de la navigation Rhne-Sane

16 h 30 17 h 30

Dissolution du gypse Paris - Efficacit et carences de la rglementationAnne-Marie LEPARMENTIER-PRUNIER - IGC

Conclusions, perspectives Clture du colloque

Samedi 10 novembre - Visites techniques9 h 00

Parking souterrain de VilleurbanneAlain LEMAY - Directeur technique - LYON PARC AUTO Philippe CORRIGNAN - ANTEA

Chantier du mtro de LyonChristine ONDEL - Ingnieur principal, expert Gnie Civil et Structures - EGIS12 h 15 14 h 00

Djeuner en commun Champ captant de Crpieux-CharmyJean CHAPGIER-LABOISSIRE - Responsable du service Dveloppement durable - Direction de leau - Grand Lyon Robert JONAC - Directeur du service de production Lyon - VEOLIA Eau Claude MICHELOT - Directeur technique - BURGEAP

16 h 30

Fin de la troisime journe - Fin du colloque xi


SommaireSession 1 - quilibres et dsquilibres physiquesLes parcs de stationnement souterrains de Lyon, principes de construction Alain LEMAY - LYON PARC AUTO Ralisation de parkings en contexte peu favorable Marc BOISSON - SOGREAH Le projet Mozart Paris - Issy-les-Moulineaux Hydrogologie, fondations profondes et rglementation Grard MONNIER - BURGEAP Grandes infrastructures souterraines en site urbain : impact sur les coulements de nappe Christine ONDEL - EGIS Rail Connaissance hydrogologique du sous-sol de lagglomration lyonnaise Jacques COUDERT - GRAND-LYON, Jrme NICOLAS - BRGM Rhne-Alpes Paris - Contrle de lala li aux dissolutions du gypse Jean-Franois VERNOUX - BRGM, Anne-Marie PRUNIER-LEPARMENTIER IGC Pierre THIERRY, Cline NOWAK, milie VANOUDHEUSDEN - BRGM La nappe de Seine-Saint-Denis : carte de zonage de linfiltrabilit du sol Olivier FOUCH CNAM 5

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Session 2 PollutionsBancarisation et valorisation des donnes de suivi de la qualit des eaux souterraines au droit des sites industriels en rgion Rhne-Alpes Laurent ALBERT - DRIRE Rhne-Alpes, Laurent CADILHAC - Agence de leau RM&C, Romain CHARTIER - BRGM Rhne-Alpes Risques de pollutions chimiques ou bactriennes dans la construction et lexploitation des infrastructures de transport : inventaire, classification, prvention, remdes Christine ONDEL - EGIS Rail Dynamique du carbone organique dissous dans les nappes souterraines laplomb de bassins dinfiltration Florian MALARD - CNRS, OTHU 105

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Session 3 - Usages thermiquesLa filire gothermie trs basse nergie en France Fabrice BOISSIER - BRGM Atlas sur la gothermie trs basse nergie en rgion Centre Jean Claude MARTIN - BRGM Centre Rgime thermique des nappes phratiques laplomb de bassins dinfiltration Arnaud FOULQUIER - CNRS, OTHU Ville de Grenoble : utilisation thermique de la nappe Claire CHARGUERON - SOGREAH, Frdric JACQUES - Ville de Grenoble Utilisation de leau de nappe pour le traitement thermique des btiments Christian GERINTE - BARBANEL Une exprience russie de gothermie en Rhne-Alpes : la CAF de Lyon. Bilan des neuf annes de fonctionnement Jos NAVETEUR - EDF 139

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Session 4 - Gestion et rglementationScurisation de lalimentation en eau de consommation en situation de crise : le cas de lagglomration lyonnaise et de son approvisionnement potentiel via sa nappe urbaine profonde Philippe CORRIGNAN - ANTEA, Yves DELACRETAZ Grand Lyon Nol MONGEREAU - Professeur honoraire Une dmarche concerte pour la gestion dune nappe en secteur priurbain : le schma damnagement et de gestion des eaux (SAGE) de lEst lyonnais Caroline BERSOT - Conseil Gnral du Rhne Application de la rglementation des eaux souterraines dans le contexte de lagglomration lyonnaise Daniel DANCETTE, Fabienne GOETZ - Direction dpartementale de lagriculture et de la fort du Rhne, Juliana CARBONEL - Service de la navigation Rhne-Sane Dissolution du gypse Paris - Efficacit et carences de la rglementation Anne-Marie LEPARMENTIER-PRUNIER - IGC 187

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Communications

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Premire session quilibres et dsquilibres physiques


Les parcs de stationnement souterrains de Lyon Principes de constructionAlain LemayLYON PARC AUTO - 2, place des Cordeliers - BP 2105 - 69226 Lyon Cedex 02 [email protected] Depuis 15 ans, la construction de 16 parcs de stationnement souterrains Lyon a t simultanment l'occasion d'une rhabilitation de l'espace public et d'une nouvelle conception de l'urbanisme souterrain. Ce travail original runit ingnieurs, architectes, artistes et designers. La prsence de la nappe phratique une faible profondeur (4 5 mtres), et la prsence dun substratum entre 20 et 30 mtres, ont conduit LPA proposer des parcs enterrs de 5 7 niveaux, permettant ainsi une optimisation de l'espace souterrain. En outre, la rutilisation de leau a t envisage et des dispositifs ont t mis en place pour rendre possible le remplissage de bassins, larrosage despaces verts, lalimentation de fontaines I. INTRODUCTION LYON PARC AUTO est une SEM (socit dconomie mixte) cre en 1969. Aujourdhui, elle gre 22 000 places de stationnement sur voirie et 19 000 places de stationnement dans 26 ouvrages. Depuis ces 15 dernires annes, la construction de 16 parcs de stationnement souterrains Lyon a t simultanment l'occasion d'une rhabilitation de l'espace public lyonnais et d'une nouvelle conception de l'urbanisme souterrain. Cela a permis une reconqute de l'espace souterrain au profit des hommes : les parcs de stationnement ne sont plus de simples lieux de stockage des voitures, mais de vritables portes d'entre de la ville. Ce travail original s'est fait sous la matrise d'ouvrage de LPA grce l'intervention dingnieurs, d'architectes, d'artistes, de designers Un soin particulier a t apport l'accueil et au confort, par l'utilisation du concept de poly-sensorialit : esthtique, transparences, choix des matriaux, traitement de l'acoustique, facilit d'usageFigure 1 : Parc des CELESTINS - -Artiste D. BUREN

Figure 1 - Parc des CLESTINS Artiste Daniel BUREN

Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques

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LPA a galement utilis une palette d'lments techniques, parfois plus coteux que les solutions habituelles, mais qui ont permis des amliorations considrables en termes de qualit (parcs profonds, absence de poteaux, traitement soign des accs voitures et pitons, priorit aux espaces pitons). Figure 2 - Parc FOSSE AUX OURS

II. PRINCIPES DE CONSTRUCTION La prsence de la nappe phratique une faible profondeur (4 5 mtres), et la prsence dun substratum entre 20 et 30 mtres, ont conduit LPA proposer des parcs enterrs de 5 7 niveaux, permettant ainsi une optimisation de l'espace souterrain en vitant le gaspillage de ressources potentiellement prcieuses (espace, eaux souterraines).

Figure 3 - Contexte gologique lyonnais


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Figure 4 - Quelques arguments pour un parc profond

LPA a mis au point avec ses conseils et ses constructeurs une mthodologie de ralisation qui se retrouve pour la majorit des parcs : - paroi moule ; - terrassement avec butons ; - radier drainant et rejet des eaux dexhaure au milieu naturel.

Figure 5 - Parc PART-DIEU GARE Poutres butons - Radier drainant Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 7


La prsence de la nappe phratique implique ncessairement de pomper pendant la ralisation des travaux. Le souhait davoir un ouvrage compltement tanche une fois construit, conduit trouver une solution pour reprendre la pression hydrostatique qui sappliquera sa base.

Figure 6 - Dsquilibre en phase dfinitive

Solutions dquilibre en phase dfinitive

Figure 7 - Solution de lestage(Pas de maintenance, attention aux travaux en surface)

Figure 8 - Tirants(Tirants dfinitifs, surveillance et maintenance)


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La solution retenue pour les parcs construits Lyon consiste raliser un radier drainant dont le but est de supprimer la pression hydrostatique.

Figure 9 - Schma type du radier drainant et de la rinjection Les principaux avantages de cette solution sont : - une mise en uvre relativement simple ; - des cots de construction rduits. Le principal inconvnient est le cot du rejet durant toute la dure de louvrage : - entretien et consommation de linstallation de pompage ; - taxes de rejet. La rinjection des eaux dexhaure directement dans la nappe partir de puits de rinjection positionns lextrieur de louvrage permet de saffranchir des taxes de rejet. La forte paisseur dalluvions trs permables qui est prsente Lyon permet cette rinjection. Suite la mise en service des premiers parcs profonds, une surveillance des dispositifs de drainage a t mise en place et des actions dentretien et damlioration sont rgulirement effectues.


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Les derniers parcs construits ont donc bnfici de cette exprience : - dimensionnement des couches filtre et drain en tenant compte de la nature des terrains en place et du dbit, lpaisseur tant de lordre de 70 cm ; - indpendance parfaite des rseaux dEU et de drainage et vrification par camra des rseaux pendant les travaux de radier puis la fin des travaux ; - scurisation du pompage : doublement des fosses dexhaure, double scurit des pompes, double alimentation lectrique ; - vacuation par des canalisations en inox, ttes de puits de rinjection visitables permettant lentretien, branchement lgout de secours ; - suivi en phase tude et en phase travaux par un hydrogologue. Nous avons constat ce jour que les dbits naugmentent pas avec la dure de vie de louvrage. En comptant les parcs qui vont tre mis en service trs prochainement, LPA gre 13 parcs construits avec un radier drainant. Le dbit de pompage total est denviron 2 500 m3/h. Il varie selon les ouvrages de 1 000 1 000 m3/h. La rutilisation de leau a t envisage et des dispositifs ont t mis en place pour plusieurs parkings : - P0 Cit Internationale : remplissage du lac du parc de la tte dor ; - Htel de ville de Villeurbanne : remplissage des bassins, arrosage des espaces verts, climatisation du thtre ; - Fosse aux ours : alimentation de la lame deau des bassins des berges et arrosage des espaces verts (Figure 10) ; - pour tous les derniers parcs raliss, mise en place dune bride permettant, en cas de besoin, de raliser un branchement rapide afin dalimenter soit des points de distribution deau en surface soit de remplir des camions citerne.

Grand Lyon

Figure 10 - Parc FOSSE AUX OURS - Amnagement des berges


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Ralisation de parkings en contexte peu favorable vis--vis de la nappe Exemple Grenoble (38)Claire Charguron, Sbastien Langlais, Marc BoissonSOGREAH 6, rue de Lorraine 38130 chirolles [email protected] - [email protected] - [email protected]

Ltude prsente la ralisation de parkings souterrains dans la nappe peu profonde de Grenoble avec lvaluation de limpact de diffrentes options de rabattement de nappe : soit avec exhaure (sans dispositif de limitation des dbits prlevs, avec palplanches, avec palplanches et bouchon de fond), soit avec rejet (dans le rseau, dans la nappe). I. INTRODUCTION La ralisation de parkings en milieu alluvial avec une nappe peu profonde implique de rabattre la nappe par pompage afin de pouvoir raliser hors deau les radiers des sous-sols. Le prdimensionnement dun systme dexhaure adapt doit intgrer la fois les caractristiques du projet, celles de la nappe et les contraintes la gestion de leau lors de la phase travaux. Ainsi par exemple, lorsque la nappe est peu profonde et trs productive, la ralisation de parking savre dlicate comme cest le cas pour la nappe de Grenoble. Par ailleurs, des possibilits limites de rejet de leau dexhaure imposent des contraintes supplmentaires sur la conception dun systme dexhaure adapt. Les diffrents lments prendre en compte pour la ralisation de parkings et une dmarche de prdimensionnement de systmes dexhaure laide doutils de modlisation sont prsents ici dans le cadre de la nappe de Grenoble avec deux exemples : - le niveau de rabattement recherch est constant ; - le niveau de rabattement recherch est variable dans lespace. II. PRDIMENSIONNEMENT DUN SYSTME DEXHAURE POUR UN PARKING AVEC UN RADIER HORIZONTAL Dans ce premier cas, deux niveaux de parkings sont envisags avec un niveau similaire de rabattement sur lensemble de la surface concerne (environ 1 000 m2). Des palplanches autour du site ainsi que la ralisation dun bouchon de fond sont les solutions retenues de faon limiter les dbits dexhaure. En effet une des contraintes principales de ce projet rside dans des possibilits limites de rejet de leau dexhaure. La question pose est de savoir quelles sont les caractristiques de permabilit du bouchon de fond que le promoteur doit spcifier lentreprise en charge de le raliser pour que le dbit dexhaure soit infrieur ou gal 250 m3/h. En raison de la configuration des parkings et de la pizomtrie de la nappe sur le secteur concern, un modle 2D vertical simulant les coulements souterrains a t ralis (code Feflow). Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 11


Ce modle permet de simuler lhydrodynamique des coulements rsultants la fois des caractristiques du projet (palplanches, bouchon de fond, pompages) et de celles de la nappe. Il est ainsi possible de tester limpact sur les dbits dexhaure de diffrentes valeurs des caractristiques du bouchon de fond et/ou des palplanches. Pour prendre en compte les variabilits des permabilits de laquifre lies un nombre restreint de mesures, limpact de la variabilit de ce paramtre a galement t test. Paroi moule Partie dcaisse Radier Terrain naturel restant

Terrain naturel

Bouchon de fond

Figure 1 - Conception du systme de limitation des dbits dexhaure et maillage du modle Plusieurs simulations ont t ralises en faisant varier : - la longueur des palplanches (13, 14 et 15 m) ; - la permabilit du bouchon de fond (10-6, 2.10-6, 5.10-6 et 10-5 m/s) ; - la permabilit de laquifre (2 8.10-3 m/s) ; - la pizomtrie (hautes eaux ou hautes eaux exceptionnelles). Puits de pompage

Figure 2 - Rsultat du modle ralis (visualisation des vitesses dcoulement) La conclusion de lensemble de ces simulations est que le principal paramtre influenant le dbit pomp est la permabilit du bouchon de fond. Pour lensemble des parkings le dbit devant tre prlev pour obtenir le rabattement requis varie entre plus de 1 000 m3/h pour une permabilit de 10-5 m/s et environ 100 m3/h pour une permabilit de 10-6 m/s (pour un bouchon dun mtre dpaisseur).


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Le promoteur souhaitant se limiter un dbit de 250 m3/h, le modle a t test de faon obtenir ce dbit. La permabilit de bouchon de fond correspondante, rsultant de la modlisation, est de lordre de 2.10-6 m/s. II.3. Prdimensionnement dun systme dexhaure pour un parking avec diffrents niveaux de radiers Dans le cadre de ce projet, les niveaux des radiers devant tre raliss impliquent diffrentes cotes de rabattement. (Cf. figure 3).

Figure 3 - Niveaux de rabattement envisags (M. NGF) Le niveau du terrain naturel est environ 213 m NGF et celui de la nappe environ 210 m NGF. La ralisation hors deau des sous-sols ncessite de rabattre la nappe dun mtre plus de 4 mtres. Les contraintes du projet rsident dans la limitation des dbits prlever (et rejeter). Limportance des dbits dexhaure dpend de plusieurs facteurs dont : - le contexte hydrogologique (permabilit des terrains, niveau de la nappe par rapport au sol) ; - les niveaux de rabattement qui dpendent du niveau initial de la nappe et des cotes de fond de fouille ; - les amnagements possibles pour limiter ces dbits (palplanches, bouchon de fond). linverse du cas prcdent, la conception globale du systme dexhaure, et plus particulirement des ouvrages destins limiter le dbit ncessaire au rabattement, de la nappe, ntait pas arrte (prsence ou non de palplanches, de bouchon de fond, casiers de palplanches). Par ailleurs, les eaux pompes doivent tre vacues. Pour cela deux solutions (non exclusives) taient envisages : - le rejet en rseau (qui dpend de la capacit du rseau accepter un dbit supplmentaire) ; - la rinjection dans la nappe souterraine. Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 13


Cette dernire solution est limite un certain dbit. En effet, la rinjection deau dans la nappe entrane la formation dun dme au niveau de la zone de rinjection. Ce dme peut entraner des inondations douvrages enterrs situs proximit (caves, etc.). Il convient donc dvaluer galement les capacits de la nappe accepter un dbit de rinjection sans que cela cre dimpacts ngatifs. Du fait de la configuration du projet, un modle 3D a t ralis laide du logiciel Feflow. Le modle a ensuite t cal en reproduisant correctement la pizomtrie de la nappe (et avec des valeurs de permabilits cohrentes avec celles mesures sur le site).

Figure 4 - Maillage du modle intgrant la prise en compte de casiers de palplanches Du fait de permabilits relativement fortes des terrains au niveau du site (K = 5.10-3 m/s), et daprs ce qui a pu tre ralis antrieurement sur Grenoble, il est ncessaire denvisager des dispositifs de limitations des coulements afin de rduire les dbits prlever (et donc rejeter). Ces dispositifs sont potentiellement les suivants : - utilisation de palplanches, en priphrie et/ou pour la ralisation de casiers. La ralisation de casiers permet notamment de rduire les dbits prlever ; - utilisation dun bouchon de fond. Ce dispositif sutilise en plus de la mise en place de palplanches priphriques.


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Pour le rejet des eaux dexhaure deux dispositifs sont envisageables : - un rejet limit dans le rseau gr par la Mtro ; - une rinjection du complment dans la nappe souterraine. Ainsi, au global 3 options sont alors potentiellement envisageables pour raliser les sous-sols prvus : - option 1a : utilisation de palplanches (bouchon de fond exclusivement sur le secteur ouest) et rejet exclusivement dans le rseau ; - option 1b : utilisation de palplanches (bouchon de fond exclusivement sur le secteur ouest) et rejet dans le rseau et rinjection en nappe ; - option 2 : utilisation de palplanches priphriques ainsi que dun bouchon de fond sur lensemble de la zone. Dans tous les cas, la zone ouest dispose dun bouchon de fond. En effet, le niveau de fond de fouille est tel (205,8 m NGF soit un rabattement denviron 4 m) quil est ncessaire de mettre en place un bouchon de fond pour pouvoir rabattre suffisamment la nappe. Ces diffrentes options ont t tudies de faon dterminer une solution dexhaure qui soit adapte au contexte. II.3.1. Option 1a - Mise en place de palplanches et rinjection de leau dexhaure dans le rseau Loption 1a correspond lutilisation exclusivement de palplanches, sauf au niveau de la zone ouest (casier 1 de la figure 5) o un bouchon de fond sera utilis. Sans casiers, le dbit calcul extraire est suprieur 4 500 m3/h. Ce dbit trs important implique denvisager des casiers de faon rduire le dbit dexhaure. Ces casiers sont dlimits par des palplanches. Dans un premier temps 7 casiers ont t modliss (Fig. 5).

Figure 5 Localisation des diffrents casiers considrs pour le scnario 1a titre dillustration les rabattements simuls par le modle dans un casier sont indiqus aux figures suivantes.


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A

Emplacements de puits de pompage

Palplanches

B Figure 6 - Exemple de rabattements engendrs par le pompage sur la nappe

A Emplacements des puits de pompage simuls

B

Palplanches

Palplanches

Figure 7 - Exemple de rabattements engendrs par le pompage sur la nappe (vue en coupe) Pour lensemble du projet, les dbits dexhaure requis pour le rabattement de la nappe varient de 1 100 m3/h 2 050 m3/h suivant le casier1.1

lexception de la zone ouest casier 1 o la prsence dun bouchon de fond permet de rduire le dbit 3 dexhaure environ 100 m /h.


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Une seconde simulation a alors t ralise en prenant en compte des casiers de taille plus rduite (figure 8).

Figure 8 Localisation des diffrents casiers considrs pour le scnario 1a (variante) Malgr la sectorisation de la zone tudie et la profondeur des palplanches, les dbits pomper pour rabattre suffisamment la nappe restent trs importants (compris entre 250 et 1 600 m3/h) 1. Du fait des contraintes de rejet dans le rseau cette solution nest pas envisageable. II.3.2. Option 1b Mise en place de palplanches et rinjection de leau dexhaure dans le rseau et dans la nappe Les caractristiques des dispositifs de limitation des coulements de cette option restent les mmes que celles de loption 1a : palplanches en priphrie du site ainsi que des palplanches intrieures pour former des casiers. Le bouchon de fond nexiste que sur la zone du casier 1. La diffrence avec loption 1a correspond au rejet des eaux pompes qui sont ici partiellement rejetes dans le rseau et rinjectes dans la nappe. En prenant lhypothse que le dbit maximum acceptable dans le rseau est de lordre de 350 m3/h, les dbits restants injecter dans la nappe varient entre 400 et 1 250 m3/h selon les casiers. Or, une tude prcdente de Sogreah ralise sur ce site indiquait que le dbit maximal pouvant tre rinject dans la nappe tait de lordre de 300-400 m3/h. Au-del, les risques de perturbations taient trop importants : inondations de caves ou inondation des terrains lors de hautes eaux exceptionnelles. En effet, la rinjection deau en nappe entrane une hausse locale du niveau deau dans la nappe qui peut tre prjudiciable suivant son importance et la prsence douvrages enterrs proximit. Limpact sur la nappe dune rinjection de 400 m3/h a t modlis (en mme temps que le pompage du mme dbit). Les rsultats sont prsents la figure 9.


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Cette rinjection induit en limite de site une hausse de la nappe pouvant varier entre 20 et 50 cm, ce qui correspond une valeur limite de dbit de rinjection du fait de la prsence de caves proximit du site. Puits de rejet

Puits de pompage

50 cm de remonte

20 cm de remonte

Figure 9 Impact du doublet pompage rinjection 400 m3/h En considrant une rinjection couple rseau et nappe (soit un dbit maximum de lordre de 650-750 m3/h), les solutions de rinjection ne seraient pas suffisantes pour la majorit des dbits dexhaure estims pour chaque casier. II.3.3. Option 2 Mise en place de palplanches et dun bouchon de fond Les amnagements correspondant cette option sont dcrits par le schma suivant (figure 10). 213 m NGF Palplanches niveau deau de la nappe 201 m NGF 200 m NGF 199 m NGF

Bouchon

188 m NGF Figure 10 - Reprsentation schmatique des amnagements de loption 2 visant limiter les dbits dexhaure Cette option prend en compte des palplanches uniquement en priphrie du site ainsi quun bouchon de fond sur lensemble de la zone excaver.


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Deux simulations des coulements souterrains dans ce contexte ont t ralises : - la premire prend en compte une permabilit de bouchon de fond de 2.10-6 m/s. Cette hypothse est base sur les rsultats de bouchons de fond mis en place sur dautres oprations immobilires dans le mme secteur ; - la seconde simulation considre une permabilit de bouchon de 1.10-7 m/s. Cette permabilit correspond aux spcifications dune entreprise spcialise qui a dj ralis plusieurs oprations avec mise en place de bouchon de fond. Ces deux simulations donnent les rsultats suivants : - pour une permabilit de bouchon de fond de 2.10-6 m/s le dbit dexhaure estim par le modle est de 400 m3/h pour lensemble du site ; - pour une permabilit de 1.10-7 m/s, le dbit obtenu par la modlisation est denviron 50 m3/h pour lensemble de la zone. Ainsi, suivant les hypothses prises en compte, le dbit dexhaure est compris entre 50 et 400 m3/h. Dans ce cas la solution de rejet mixte - dans le rseau et ventuellement le complment du dbit dexhaure rinject dans la nappe - serait suffisante. La gestion des eaux dexhaure pourrait alors tre la suivante : - rejet dans les rseaux denviron 350 m3/h ; - rejet dun ventuel surplus de dbit dans la nappe avec la mise en place dun systme de rinjection partir de puits ou dune tranche drainante couple des puits. Il est important de prciser que les simulations effectues considrent que le bouchon de fond est homogne et que, lors des travaux, la mise en uvre de celui-ci devra tre effectue dans les rgles de lart de faon garantir sa continuit. III. CONCLUSION La conception dun systme dexhaure adapt pour rabattre la nappe dans un contexte difficile (nappe peu profonde et trs transmissive, contraintes fortes lies au rejet des eaux dexhaure) implique de connatre non seulement les caractristiques du contexte hydrogologique mais galement limpact sur les coulements souterrains des diffrents dispositifs de limitation des dbits dexhaure (palplanche, bouchon de fond). Cet impact peut tre simul par une modlisation approprie des coulements souterrains. Il est alors possible de caractriser les composantes dune solution dexhaure qui permette datteindre les rabattements de la nappe requis tout en respectant les contraintes de rejet. De cette faon un prdimensionnement dune solution dexhaure adapte peut tre obtenu. Cette modlisation est plus ou moins labore suivant la problmatique aborde et la complexit du projet.


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Le projet Mozart Paris (75) Issy-les-Moulineaux (92) Hydrogologie, fondations profondes et rglementationGrard MonnierBURGEAP 27, rue de Vanves - 92 772 Boulogne-Billancourt Cedex - [email protected] la frontire entre les communes de Paris et dIssy-les-Moulineaux, la socit BOUYGUES IMMOBILIER ralise un projet immobilier dnomm Mozart ncessitant la dconstruction dun ensemble immobilier comprenant la tour EDF et le btiment SITI, premier site informatique de France, et laissant place trois nouvelles oprations, un R+ 6, dnomm Farman, un R+7, Eqwater et une nouvelle tour de grande hauteur (23 tages) nomme Mozart.

Figure 1 - Le projet Mozart dans son contexte urbanistique Ce projet vient terminer la rnovation complte, sur 20 ans environ, de la plaine dIssy-lesMoulineaux, initialement industrielle, aujourdhui tertiaire ou usage dhabitations. Le projet reprsente environ 90 000 m2 de SHON (5 500 utilisateurs). Trois niveaux de sous-sols usage de parking sont existants sur la partie issenne (essentiellement, une petite partie sur Paris). Compte tenu du fait que le radier de ces sous-sols devra tre intensment perc pour la ralisation des fondations du projet et que la nappe se trouve environ trois mtres au-dessus du radier existant, la ncessit de raliser un rabattement de nappe en phase travaux est apparue immdiatement. Or, le projet se trouve dans un contexte hydrogologique trs productif (alluvions sur craie ; la transmissivit est de lordre de 5.10-2 m2/s, voire plus). Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 21


En consquence, il a donc t ncessaire de crer une enceinte primtrique aux trois niveaux de sous-sols existants au moyen de techniques diverses (paroi molle, jet grouting et injections) en fonction des ouvrages nvralgiques voisins et qui devaient rester en fonctionnement (alimentation en lectricit dune partie du sud de Paris). Sur Paris, le projet comporte 6 niveaux de sous-sol qui seront raliss ultrieurement sous protection de parois moules. I. LOUVRAGE EXISTANT, AVANT INTERVENTION La parcelle objet du prsent article est dlimite par la rue Bara au sud-ouest, la rue Farman au sud-est, le priphrique et un terrain de la socit SYCTOM au nord et un terrain EDF louest (Figure 1). En 1864, une usine de fabrication de gaz de houille (usine gaz) y est construite. Elle fonctionnera jusquen 1908, date de sa dmolition. En 1911, une centrale thermique prend le relais jusquen 1961. En 1965, les services financiers dEDF-GDF sinstalleront sur le site. En 1971, un ensemble de btiments, dont une tour, est construit. Cet ensemble comporte trois niveaux de sous-sols, qui sont raliss sous pompage gnral dans les alluvions et la craie (Figure 2), sans enceinte priphrique limitant le dbit. Celui-ci est de lordre de 5 000 m3/h. Lors des reconnaissances gologiques effectues en 2006 et 2007, il est apparu que les alluvions anciennes taient particulirement crues (pauvres en fines) alors que classiquement, une teneur de 20 % dlments fins de granulomtrie infrieure 0,1 mm est mesure. Cette observation peut vraisemblablement tre rapproche de ce dbit de pompage trs important mis en uvre dans les annes 1970 : lessivage des fines ? phnomne de suffosion ?

Figure 2 - Localisation du site Mozart sur la carte gologique de Paris


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II. LE PROJET Dans cet article, nous ne nous intresserons quaux infrastructures actuellement en cours de ralisation (octobre 2007), c'est--dire, pour lessentiel, les infrastructures issennes, les travaux du secteur Farman ouest nayant pas encore dbut. Autour des trois niveaux de sous-sols existants et de manire limiter autant que possible le dbit global de pompage de faon ne pas se retrouver dans la configuration des annes 1970 (environ 5 000 m3/h), il a donc t ncessaire de raliser une enceinte trs peu permable. Paralllement aux rues Bara et Farman, et au terrain SYCTOM, ce sont des parois molles (parois au coulis, non armes) qui ont t construites (Figure 3).

Figure 3 - Localisation des sous-sols existants, de la galerie RTE (distribution dlectricit) et des puits de pompage - rinjection


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Pour fermer le fond de la bote , la ralisation dun fond inject (horizontal) ntait pas envisageable car cette technique aurait conduit la cration dun trs grand nombre de forages dinjection au travers du radier du 3e sous-sol, avec tous les problmes dapports deau mentionns en tte darticle, le sous-sol le plus profond pntrant de 3 mtres environ dans la nappe. En consquence, il a donc t retenu de descendre les parois molles jusque dans la craie peu permable (fiche hydraulique). En effet, dans sa partie suprieure, sur 25 mtres environ, la craie est intensment fissure et fracture (cest la frange daltration). Plus en profondeur, elle devient trs peu permable. Lorsquelle ne savre pas trop profonde, on peut donc ancrer les parois molles (ou autres structures) dans cette couche de craie peu permable. La profondeur de la craie peu permable a t dtermine au moyen dessais au micromoulinet (cf. infra). Cot ouest des trois sous-sols existants, la ralisation de parois molles sest avr impossible en raison de lexistence dune galerie souterraine dans laquelle chemine des cbles lectriques dimportance nvralgique pour lalimentation du sud de Paris. En consquence, pour ce secteur, cest un rideau dinjections qui a t envisag au stade tudes. Par la suite, lentreprise SOLETANCHE BACHY, attributaire du march fondations profondes et travaux de mise hors deau, a propos et mis en uvre une solution mixte constitue dune part, de colonnes de jet grouting dans les alluvions modernes et anciennes ainsi que dans la partie sommitale de la craie, et dautre part, de plusieurs lignes dinjection dans le reste de la craie (Figure 4).

Figure 4 - cran dinjection et de jet grouting cot ouest de la fouille


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III. LES TUDES PRALABLES ET LA PRVISION Les tudes hydrogologiques qui ont t ralises pour ce projet sont les suivantes : valuation prvisionnelle des niveaux des plus hautes eaux souterraines, dfinition des cotes de nappe dimensionnantes, ralisation dessais au micromoulinet afin didentifier la base de la craie permable, optimisation des fondations profondes (fiche hydraulique), tude de la rinjection des eaux en priphrie extrieure de lenceinte (1), valuation du dbit rsiduel (effectue au moyen dune modlisation mathmatique), impact proximit et distance du site du pompage et de la rinjection, pour les besoins de la rdaction du dossier Loi sur leau. Un certain nombre dessais et de moyens ont t mis en uvre pour rpondre ces diffrents points. Nous nous intresserons plus particulirement aux essais au micromoulinet et au modle mathmatique.

III.1 Les essais au micromoulinet Le micromoulinet de forage a t originellement dvelopp pour localiser, dans des puits dapprovisionnement en eau, les couches de terrain productrices. loppos, pour le gnie civil, ce ne sont pas les couches permables qui sont recherches mais plutt les terrains peu trs peu permables dont on pourrait se servir comme horizons rsistants aux coulements pour limiter le dbit rsiduel (2). Un micromoulinet est un outil qui permet de mesurer des vitesses ascendantes ou descendantes dans un forage soumis un pompage. Sur un tronon donn, la pente dun segment de vitesses renseigne sur la permabilit dune couche. Si la vitesse ne varie pas, cela signifie que la couche ne produit pas deau, ou en tout cas, pas suffisamment deau pour permettre une augmentation mesurable de la vitesse de la turbine du micromoulinet. Dans le cas du projet Mozart, trois essais ont t raliss. On trouvera en figure 5 les graphes de ces essais (en ordonne, les cotes NGF ; en abscisse, le pourcentage du dbit maximum pomp, de 0 100 %). Les graphes montrent des paisseurs de craie pour lesquelles les dbits (ou vitesses) ne varient pas : les mesures salignent sur la verticale 0 % du dbit maximum . Ces couches correspondent la craie peu permable. On constate que la limite suprieure de la craie peu permable est variable : -8,5 NGF sur MM1, -7,5 NGF sur MM2 et -3,5 NGF sur MM3. La comparaison de ces valeurs avec celles dautres essais faits sur un site voisin (EOS GENERALI ; figure 5) confirme le caractre alatoire de cette limite et ne permet pas didentifier un facteur influenant prdominant tel que par exemple, la proximit du fleuve. En fait dans le lit majeur du fleuve, la limite suprieure de la craie peu permable montre des variations, parfois importantes, qui rsultent de facteurs tels que la dissolution, la relaxation des contraintes ou la tectonique, variations quil est difficile de prvoir. Toutefois, sur la base des trois essais raliss sur le site Mozart, il apparat que la limite suprieure de la craie peu permable est plus profonde louest qu lest. En consquence, les profondeurs des fiches hydrauliques suivantes ont donc t prconises : pour le rideau dinjection, cot ouest, fiche hydraulique jusqu -10 NGF ; pour la paroi molle ct rue Bara, fiche hydraulique -10 NGF (soit une pntration dans la craie peu permable comprise entre 2 et 6 mtres) ; pour la paroi molle ct rue Farman, fiche hydraulique -8 NGF (soit une pntration de 4 mtres) ; pour la paroi molle ct nord-est, fiche hydraulique -10 NGF (soit une pntration comprise entre 1 et 6 mtres).


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Figure 5 - Essais au micromoulinet raliss sur site et hors site : identification de la limite suprieure de la craie, peu permable III.2 La modlisation Afin dvaluer le dbit rsiduel de la fouille et les impacts proximit et distance du pompage, un modle mathmatique a t ralis (Figure 6). Lextension du modle rsulte dune analyse du contexte gologique et hydrogologique rgional. Lextension en plan du modle est de lordre de 30 km2 avec un linaire de 12 km de Seine. Il couvre une partie des VIIe, XVe et XVIe arrondissements de Paris ainsi que la quasi-totalit de BoulogneBillancourt, une partie dIssy-les-Moulineaux (et des surfaces limites dautres commune des Hauts de Seine). En profondeur, sept units gologiques ont t dfinies : les alluvions modernes et anciennes, les Marnes de Meudon, lYprsien, les formations gologiques susjacentes lYprsien et les craies permable et peu permable. Le calage du modle a t ralis en particulier grce quatre suivis dondes de crue de Seine (Figure 7) en nappe qui ont permis de dfinir des valeurs de colmatage du fleuve (3), K/e avec K, permabilit de la couche colmatante et e, son paisseur : 3.10-6 s-1 pour le tronon de fleuve au droit dIssy-les-Moulineaux et, sur le reste du linaire, pas de colmatage (contact hydraulique parfait entre la nappe et le fleuve). Afin doptimiser ce paramtre, un recensement complet des modes de confortement des berges du fleuve a t fait (palplanches, mur de quais, tat naturel, etc.). Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 26


Figure 6 - Vue en 3D du domaine du modle

Figure 7 - Site Rhin et Danube Boulogne-Billancourt Onde de crue effectivement mesure et onde de crue restitue par le modle Les permabilits horizontale et verticale des parois molles ont t fixes 10-9 m/s et celles du rideau dinjection respectivement de 5.10-6 m/s et 10-6 m/s, pour une paisseur de 2 mtres. Les permabilits horizontale et verticale de la craie peu permable (en base de modle) ont t fixes 5.10-6 m/s, valeur issue des mesures faites sur le chantier EOS GENERALI (3.10-6 m/s ; Figure 1) en y ajoutant un coefficient de scurit.


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Les permabilits des diffrentes formations gologiques ont t dtermines sur la base dun essai de pompage ralis sur site et sur bases bibliographiques : Kh craie permable = 10-3 m/s, avec Kv = Kh Kh alluvions anciennes = 3.10-3 m/s et Kv = 10-4 m/s Kh alluvions modernes = 10-5 m/s et Kv = 5.10-7 m/s, etc. III.3 Les rsultats de la modlisation Dans un premier temps, la modlisation a permis de dfinir les cotes des niveaux des plus hautes eaux souterraines, cotes dimensionnantes pour le projet. La cote de protection de 30 NGF a t retenue pour la partie Mozart Issy-les-Moulineaux. Cette cote correspond la conjonction dune crue de Seine cinquantennale, dun battement saisonnier de nappe de 0,2 mtre et de larrt de tous les pompages existant dans les environs du site (Figure 8).

Figure 8 - Ralisation de six tests de propagation dondes de crue de Seine Hauteur de crue : 29, 29,5, 30, 30,5, 31 et 31,5 NGF ; dure des crues : 100 jours (cot Farman, 400 mtres de la Seine) Le dbit rsiduel attendu dans la fouille limite par les parois molles et le rideau dinjection a t valu galement grce au modle : en nappe normale (26 NGF), 230 m3/h et en crue quinquennale (28,5 NGF ; crue chantier ) : 330 m3/h. La modlisation a montr quune grande partie de lapport deau (environ 50 %) se faisait au travers du seul rideau dinjection, de permabilit beaucoup plus leve que les parois molles. Le modle a galement permis de dfinir les impacts hydrogologiques, proximit et distance de lenceinte, du pompage et de la rinjection (Figure 9). IV. LA RGLEMENTATION Inities pour certaines en dbut 2006, les dmarches administratives, rendues complexes en particulier parce que le projet se trouve cheval sur deux dpartements (Hauts-de-Seine et Paris), se sont termines par la prise dun arrt prfectoral au troisime trimestre 2007, prcdant le dmarrage du pompage de rabattement de nappe.


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On note bien l toute limportance quil y a danticiper autant que faire se peut, si possible ds les premires esquisses, les aspects rglementaires de ces grands projets. Ces dmarches rglementaires ont port dans un premier temps sur la rdaction des notices PPRI des diffrents lots (Plan de Prvention du Risque Inondation) qui furent annexes aux demandes de permis de construire (code de lurbanisme). Ces notices portaient essentiellement sur les cotes des planchers fonctionnels, les hauteurs sous poutre des sous-sols, les volumes de compensation et les moyens dinondation en cas de crue centennale. Par la suite, les dmarches rglementaires ont port sur le dossier Loi sur leau proprement dit (code de lenvironnement) qui traitait essentiellement du pompage et de la rinjection en phase travaux et des surfaces de remblais crs dans le lit majeur du fleuve sur le pourtour du projet Mozart.

Figure 9 : courbes disorabattements et disorelvements dans la nappe de la craie, en mtres


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V. LE DMARRAGE DU CHANTIER ET LA VRIFICATION DES OBJECTIFS FIXES Les fondations profondes ainsi que le dispositif de pompage ont t ralises par la socit SOLETANCHE BACHY en milieu danne 2007. Les caractristiques des puits de pompage taient les suivantes : - 16,5 mtres de craie capte ; - diamtre intrieur : 300 mm ; - fente de crpine 2 mm ; - pas de massif filtrant ; - nettoyage lair lift puis la pompe ; - 7 puits de rinjection raliss (Figure 3) ; - nettoyage trs important des puits (air lift dabord puis pompe) ; - puits crpin sur 19 m dans la craie en diamtre 350 mm acier ; - ouverture de crpine = 4 mm, pas de massif filtrant. Daprs les informations transmises par les foreurs et compte tenu du fait que certains puits taient trs proches des parois molles, il est apparu que les alluvions anciennes taient envahies de coulis de paroi ou de boue de forage plus ou moins indurs. Cette observation est vraisemblablement relier avec le caractre trs cru des alluvions anciennes (suffosion lors du pompage de 5 000 m3/h, vers les annes 1970 ?). Par contre, il na t constat que peu de pntration de coulis (ou de boues de forage) des parois molles dans la craie. En dfinitive, la surconsommation de coulis pour la ralisation des parois molles a t value par la socit SOLETANCHE BACHY environ 50 %, ce qui est assez lev. Lessai de dbit rsiduel a permis de mesurer un dbit de 97,3 m3/h pour 5,93 m de rabattement moyen soit 16,4 m3/h/m (pour une fouille de 16 500 m2), soit 107 m3/h pour le rabattement contractuel (26,1 / ( Eaux Basses ) (20,3 NGF 0,75 m) = 6,55) et 146 m3/h en nappe haute (EH) pour (28,5 (EH) (20,3 NGF 0,75) = 8,95 m ; le facteur 0,75 m correspond lpaisseur du radier et une marge de scurit de rabattement). On constate donc que le dbit rsiduel rel reprsente approximativement la moiti value initialement, qui tait par ailleurs le dbit contractuel.

VI. CONCLUSION Le projet Mozart, la frontire des communes de Paris et dIssy-les-Moulineaux, consiste en la dconstruction dun ensemble datant des annes 1970 et la construction de deux oprations en R+6 et R+7 et dune tour. Les trois niveaux de sous-sols existants sont conservs mais le radier va tre intensment perc pour la ralisation des fondations des futurs btiments, ce qui a conduit la ralisation dune enceinte primtrique permettant de matriser le dbit dexhaure de la fouille. Cette enceinte composite est constitue, sur les quatre-cinquimes du primtre, par des parois molles et sur le reste, de colonnes de jet grouting et dinjections.


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Parce que la ralisation dun fond inject ntait pas techniquement faisable, cest la prolongation verticale des structures de lenceinte qui a t retenue. Le problme tait donc alors de dfinir la cote dancrage des structures, cest--dire de rechercher la limite suprieure de la craie peu permable. Les essais raliss (micromoulinet) ont clairement fait apparatre cette limite mais galement ses variations : de -3,5 -8,5 NGF sur le site. Les bases des structures ont t dfinies en fonction de ces rsultats. Le dbit dexhaure attendu dans cette enceinte a t valu au moyen dune modlisation mathmatique. Ce dbit, rinject sur le pourtour de lenceinte, a t valu 230 m3/h en nappe normale. Aprs ralisation dun essai de dbit rsiduel, ce dbit fut mesur 107 m3/h, ce qui reprsente environ la moiti de ce qui tait prvu. Cet cart a vraisemblablement deux origines : dune part, une survaluation modre de la permabilit de la craie peu permable et dautre part, la qualit de la ralisation des structures de lenceinte, en particulier des colonnes de jet grouting et des injections qui constituaient la partie la plus vulnrable de lenceinte. On notera que ces ralisations et essais se sont drouls dans un contexte de calendrier trs serr en raison de la ncessit imprative que la nappe soit rabattue lorsque la dconstruction de la tour atteindrait le 7e tage. En effet, partir de ce moment, lensemble ntait plus suffisamment charg pour rsister aux sous-pressions. En dernier lieu, la progression de ltude a comport paralllement, ds dbut 2006, llaboration des dossiers administratifs (notices PPRI et dossier Loi sur leau) et leur instruction par ladministration. Il convient de ne pas sous-estimer le temps ncessaire de ralisation de ces dmarches et les initier ds les premires esquisses du projet.

Remerciements Laurent Pyot, Jean-Franois Braud (BURGEAP) et Paul-Michel Roy (BOUYGUES IMMOBILIER) pour la relecture du document et Marion Miglioretti (BURGEAP) pour la ralisation des figures.

Bibliographie (1) Bize J., Bourguet L., Lemoine J. Lalimentation artificielle des nappes souterraines. Masson 1972 (2) Monnier G. Optimisation hydrogologique des fondations profondes ; intrt des essais au micromoulinet. Revue franaise de gotechnique, No 99, 2e trimestre 2002 : 81-85 (3) Braud J.F., Clouet dOrval M. Dtermination du colmatage du lit dune rivire en relation avec une nappe souterraine. Bulletin BRGM (2), III, 3/4, 1976


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Grandes infrastructures souterraines en site urbain : impact sur les coulements de nappe

Christine ONDELEGIS Rail - 25, cours mile Zola - 69625 Villeurbanne Cedex - [email protected]

Un inventaire des procds de construction utiliss dans les villes franaises ou trangres depuis quelques dcennies, pour la construction de mtros et autres infrastructures de transport public, est effectu avec une mise en lumire des volutions et des innovations sur cette priode. La prise en compte de limpact sur les coulements de nappe et sur la stabilit des sols aquifres ds la conception est illustre par quelques exemples dexpriences. Un schma dcisionnel montre le traitement des considrations fonctionnelles et conomiques dans la conception du projet, limpact sur la nappe tant analys secteur par secteur en parallle avec le projet, et leffet global du projet ainsi que les volutions du contexte (extension du rseau, modifications dans la gestion des nappe, etc.) tant vrifi in fine.

I - INTRODUCTION Les grandes infrastructures de transport public ont connu un dveloppement important partir des annes soixante-dix, essentiellement en rgions, lIle-de-France ayant dj une infrastructure extrmement dense cette poque. Cest ainsi que les grandes mtropoles connaissent un essor phnomnal de la voiture particulire qui les conduit dvelopper les trmies routires, mini-tunnels, sauts de mouton ou autoponts ; en parallle la ncessit de construire des infrastructures de transport en commun apparat vidente dans ces mtropoles mais aussi dans les villes nouvelles o la notion de TCSP (transport en commun en site propre) prend naissance. En France trois grandes mtropoles vont successivement dcider la construction de mtros : Lyon, Lille et Marseille. Lyon, la trmie routire Garibaldi, puis la trmie et les viaducs Vivier Merle sont construits. Marseille le tunnel sous le Vieux Port est dcid puis construit en caissons immergs. La construction de ces grandes infrastructures de transport posait pour la premire fois dans ces mtropoles la question de leur impact sur lcoulement de la nappe.


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II - LE CONTEXTE HYDROGOLOGIQUE Lengorgement de la voirie de surface, une poque o il ntait pas encore question de diminuer la part de la voiture particulire, conduisait tout naturellement dvelopper des transports en commun souterrains, synonyme lpoque de mtro. Plus tard on verra apparatre le tramway qui, contrairement ses anctres disparus entretemps, pouvait aussi comporter des tronons souterrains, comme le tramway de Strasbourg. Les trois grandes mtropoles cites ci-dessus ont en commun de possder cours deau et nappes phratiques. Leurs diffrences rsident dans le relief et la gologie : Lyon la majeure partie de la cit se trouve dans la plaine alluviale du Rhne et de la Sane. Les collines de lOuest lyonnais sont majoritairement composes de gneiss et de granite recouverts de moraines. Dans la plaine les alluvions recouvrent la molasse du ct Est de la faille Nord-Sud, et le substratum granitique du ct Ouest ; Marseille la plaine ctire occupe une surface relativement faible et le relief est trs proche du littoral. Les collines sont nombreuses et sont constitues de marnes, calcaires et sables du Stampien. La nappe (on devrait dire les nappes) est tage sur les alternances de couches plus ou moins permables ; Lille est situe sur les formations du bassin parisien. Son substratum est majoritairement constitu de craie, surmont de couches dargiles, de sables et de limon avec une nappe qui atteint presque le niveau du terrain naturel dans certains points. Son relief est trs faible.

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III - COMMENT CONSTRUIRE UN SOUTERRAIN EN TERRAIN MEUBLE ET AQUIFRE ? III.1 - Les tranches couvertes Dans les annes soixante-dix, en terrain meuble et aquifre ? une seule solution dcline en de multiples variantes permettait de construire un ouvrage linaire souterrain un cot acceptable, en scurit et avec des matriels relativement simples et amortissables sur des chantiers de faible longueur : la tranche couverte. Le procd de tranche couverte consiste construire entre deux rideaux de soutnements autostables, ou butonns ou tirants, un cadre en bton arm qui, soit est indpendant des soutnements, soit intgre les soutnements. Ces soutnements comprennent essentiellement : des palplanches ; des pieux jointifs ; des parois moules ou des parois prfabriques.


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Figure 1 - Tranche couverte, soutnement par palplanches

Figure 2 - Tranche couverte, soutnement par parois moules

Plus tard sont apparus dautres procds qui permettent une adaptation plus aise aux sites exigus et encombrs. Le jet grouting en est un bon exemple.


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Figure 3 - Dgarnissage dune zone traite par jet grouting Tous ces soutnements constituent sur leur hauteur des barrires tanches lcoulement de la nappe, leur incidence sur lcoulement dpendant de la hauteur dinterception, du pourcentage de coupure que reprsente le soutnement par rapport la hauteur dcoulement de la nappe, de la longueur de louvrage, de son orientation par rapport lcoulement de la nappe, etc. Les premires lignes de mtro en rgion ont t construites le plus superficiellement possible, dune part pour des raisons conomiques et de facilit dexcution, et dautre part pour permettre une bonne accessibilit aux usagers et donner un aspect clair et ar aux stations. Cella est surtout vrai en plaine et dans les terrains aquifres, meubles Lyon, plus rocheux Lille, stratifis avec alternance de couches meubles et de couches dures Marseille. Ce caractre superficiel, permis par un trac essentiellement sous voirie, a vit de crer des coupures totalement tanches dans ces trois mtropoles, le passage sous la fiche des soutnements ayant globalement conserv la nappe sa capacit dcoulement. Dans certains cas, quelques amnagements raliss sur les soutnements permettent daccrotre les capacits dcoulement soit sous la fiche des soutnements, par introduction de dcalages dans les profondeurs de fiches appeles jambes de pantalon , soit au-dessus du cadre mtro, par amnagement de fentres permettant le passage de la nappe aux hautes eaux. Une autre problmatique de cette construction en tranche couverte est la stabilit du fond de fouille en phase de construction vis--vis des renards solides ou liquides sous une forte pression hydrostatique. Outre le dimensionnement de la fiche des soutnements pour assurer leur stabilit mcanique, il faut prvoir un bouchon tanche ou faible permabilit sous le fond de fouille pour permettre de mettre la fouille sec avec un drainage rsiduel trs faible en phase de construction.


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Deux techniques sont utilises, qui ont des domaines dapplication diffrents en termes de profondeur : la premire technique consiste terrasser sous leau, entre les soutnements, jusqu une profondeur suprieure celle du fond de fouille dfinitif, puis combler cet espace en coulant sous leau un bton qui constituera aprs prise un bouchon tanche assurant par son poids sa stabilit la sous-pression. Limite : La limite dapplication de ce procd est assez vite atteinte, un mtre de bton quilibrant 2 m deau mais ncessitant un approfondissement du fond de fouille provisoire donc de la fiche de soutnement en phase de construction. Du point de vue de la stricte stabilit du soutnement avec le niveau du fond de fouille thorique, on ne conduit gure ce procd au-del de 2 m dpaisseur ; la relve est prise par le radier inject qui permet de crer aussi un bouchon faible permabilit mais sans dstabiliser le soutnement par un approfondissement du fond de fouille. Les injections peuvent tre faites depuis la surface entre les soutnements, mais on prfre gnralement effectuer un prterrassement de 2 3 m pour limiter le cot des forages dinjection mais aussi pour viter les salissures en voirie et la dissmination des produits dinjection dans lenvironnement. Limite : Ce radier inject a lui-mme une limite dapplication, vers 5 m dpaisseur, ce qui correspond une fiche de soutnement importante et ncessairement continue pour assurer lencagement de linjection, sans compter le cot de linjection qui est trs important.

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Lorsque la profondeur du fond de fouille crot encore ainsi que sa dnivele avec la nappe lextrieur, la seule possibilit en tranche couverte devient lancrage du soutnement dans un substratum tanche tel qu Lyon le granite ou la molasse. Ces dispositions constituent un barrage complet lcoulement de la nappe.

Figure 4 - Ancrage du soutnement dune tranche couverte par des parois moules intgres


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Le seul cas rencontr Lyon sest produit sur la premire ligne Htel de Ville, parce qu cet endroit cest le granite qui remonte la rencontre du soutnement. Heureusement, cette application est reste ponctuelle et elle nentrane aucune incidence sensible sur lcoulement gnral de la nappe. Dans les autres villes voques plus haut la construction en zones basses a revtu peu prs les mmes aspects en termes de procds de construction et de prise en considration des coulements de nappe. III.2 - Les tunnels Lyon comme ailleurs, ds que le relief slve, la tranche couverte inscrite en voirie est le plus souvent abandonne au profit du tunnel, qui est libr dans une certaine mesure des contraintes de surface. La construction des tunnels en mthode traditionnelle ne peut se faire que dans des terrains rocheux ou de faible permabilit. La transition entre la tranche couverte en milieu aquifre et le tunnel dans un sol compatible avec le procd de construction ncessite des traitements de confortement et dtanchement complexes et dlicats raliser, qui peuvent perturber la nappe localement. Linscription du tube constitu par un tunnel dans les nappes et coulements apporte peu de perturbations, grce sa forme. Les problmes induits par sa construction sont ponctuels dans le temps et ont des rpercussions sur le bti essentiellement (tassements), assez peu sur les terrains aquifres eux-mmes. On notera cependant que le souci de ne pas engendrer de fontis, dboulements ou de glissements de terrain par des modifications importantes de ltat initial sol-eau est au premier plan des proccupations ds la phase dtudes prliminaires. Les campagnes de reconnaissance hydrogologique pour des projets de tunnel sont toujours de grande complexit cause du relief, de laccessibilit et de lhtrognit frquente des sols sur la longueur dun trac, mais aussi cause du nombre et de la diversit des informations recherches pour limiter les risques et choisir les mthodes de creusement. De nombreux exemples illustrent ces difficults ; Lyon le tunnel darrire gare Saint-Jean ou le tunnel de Croix-Paquet : Saint-Jean, la prsence non dtecte en phase dtudes darne granitique plus permable que prvu et gorge deau en toit de vote a ncessit des injections pralables au percement (effectues par forages inclins depuis une voirie parallle) ainsi que des injections lavancement en auroles en vote ; le tunnel de Croix-Paquet, a priori classique par son contexte hydrogologique, a connu un fontis, fort heureusement situ sous une zone de voirie, et rencontr des difficults lies leau et la stabilit des pentes son dbouch Croix-Paquet. Cette dernire zone, en particulier, troitement surveille par la Commission des Balmes, comporte des galeries de drainage qui par leur action garantissent la stabilit des pentes de la Colline de la Croix-Rousse. La ralisation de la ligne de mtro interceptait ces canalisations dont il a fallu tudier le rtablissement de la continuit, mais aussi tous les terrains permables de pied de pente qui contribuaient la stabilit de ces pentes. Un soutnement gnral en pieux fors a t construit pour garantir la conservation de conditions les plus proches possibles des conditions initiales.

-


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IV - CAS DE LA PREMIRE LIGNE DU MTRO DE LYON IV.1 - tude de lincidence de la ligne A sur la nappe Lyon, ds les premires tudes (1964 1970), un modle de la nappe a t tabli par le BRGM pour tudier linfluence de la construction de la premire ligne sur son coulement.

Figure 5 - Carte pizomtrique gnrale de la partie Nord-Est de la ville de Lyon, modlisation de limpact du mtro Ses lignes de flux ont t analyses vis--vis de leur interfrence avec le mtro et pour la ligne A, la prvision dincidence sur la hauteur de la nappe est quasiment nulle sur le secteur de Villeurbanne et prsente une hausse de lordre de 10 cm sur le secteur compris entre Charpennes et le Pont Morand. Cela est li lcoulement quasi parallle au trac du mtro sur Villeurbanne et au partage des flux principaux entre la direction Sud-Ouest et la direction du Rhne sur le secteur de Charpennes au Rhne. Dans la presqule lcoulement majoritairement Nord-Sud nest pas contrari par le mtro qui lui est sensiblement parallle. Des simulations dimpact dautres vnements tels que larrt des pompages de Grand Camp ont aussi t effectues pour vrifier leur compatibilit avec leffet dj induit par le mtro. Une tude pizomtrique aprs la construction de la ligne A, mene en fvrier 1978, a permis de confirmer les prvisions des simulations de 1970. IV.2 - Cas particulier du Pont Morand cette poque la question principale a t de choisir le type de franchissement du Rhne entre les stations Foch et Htel de Ville. Deux possibilits techniques existaient : raliser une traverse en caissons immergs dans le Rhne ou faire un pont.


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Outre les grandes difficults techniques que prsentait le passage en caissons immergs, cette technique ncessitait de crer sur les deux rives des tranches couvertes dons les fiches atteignaient de grandes profondeurs et auraient constitu de vraies coupures tanches lcoulement de la nappe. Seules des palplanches provisoires arraches aprs la construction du cadre mtro auraient permis de rtablir des sections dcoulement de la nappe au-dessus et au-dessous du cadre. Or les palplanches, dans toutes les constructions lyonnaises de cette poque, ont t laisses en place aprs construction de la structure dfinitive soit parce quelles taient directement intgres cette structure (dans le cas de la trmie Garibaldi par exemple), soit que leur arrachage aurait t dommageable pour lenveloppe dtanchit plaque contre elles par lintermdiaire dun contrebajoyer btonn dans les ondes. Quelques palliatifs auraient pu tre appliqus - comme la cration de fentres sous le cadre, par moindre enfoncement de certaines palplanches - mais les questions de stabilit densemble et dencagement du fond de fouille tanche en phase travaux auraient limit les possibilits. De mme des fentres auraient pu tre rserves au-dessus du cadre par dcoupage des palplanches, mais les mmes problmes de faisabilit se seraient poss : stabilit du sol aquifre pendant lenlvement des palplanches recpes et cot de ces interventions qui auraient ncessit des rabattements importants. En dfinitive cest un pont en caissons prcontraints qui a t dcid et le profil en long de louvrage fait sortir le cadre courant de terre sur les deux rives faisant apparatre deux dosdne en voirie mais laissant en dessous lcoulement de la nappe totalement libre le long du Rhne. V - VOLUTION DES TECHNIQUES DE CONSTRUCTION Lyon, avec la ligne D dans le dbut des annes quatre-vingt, sont apparues nouveau quelques difficults de mme nature que celles rencontres avec la ligne A, savoir la traverse du Rhne et celle de la Sane. Ltude pralable cette fois comportait une solution en caissons immergs. La consultation des entreprises sest faite sur cette base mais sous la forme dun concours, en laissant ouverte la possibilit de larges variantes. Pour la premire fois en France, et mme en Europe, une solution entirement au tunnelier a t propose par plusieurs candidats, en 1982. Loffre qui a t retenue prvoyait un creusement au tunnelier pression de boue bentonitique, labri dune premire enveloppe construite par extrusion larrire de la jupe du tunnelier dun bton arm de fibres mtalliques. Une seconde enveloppe en bton faiblement arm assurait le revtement dfinitif du tunnel. Le principe retenu tait celui dun bitube, chaque tube permettant un seul sens de circulation.


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Figure 6 - Tunnel bitube

Le march a t attribu en janvier 1983 et les travaux se sont achevs en 1988. La section choisie consistait en deux tubes de diamtre extrieur de 6,1 m. Ce choix a constitu lpoque une vraie avance dans les mthodes de construction en souterrain. Pour la premire fois on pouvait construire dans un terrain meuble et aquifre forte permabilit sans avoir traiter le sol ou lencager. De plus, les sections circulaires prsentant lobstacle minimal lcoulement de la nappe quelle que soit la direction de celui-ci, le trac de linfrastructure se trouvait libr de contraintes hydrauliques.

egis rail-l.picquand

Figure 7 : Tte de tunnelier


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Depuis cette grande premire, le dveloppement des projets au tunnelier a connu une progression constante. Les techniques ont progress divers points de vue. Le revtement provisoire en bton extrud a t remplac par un revtement dfinitif monocoque constitu danneaux successifs composs de voussoirs prfabriqus en bton arm.

egis rail-c.ondel

Figure 8 - Acheminement des voussoirs, dtail de voussoir Sur la lance de Lyon, Lille a opt pour la construction au tunnelier avec voussoirs dfinitifs du lot no 3 de la ligne 1 bis au cours de lanne 1984. Puis Rennes et Toulouse ont entrepris des travaux au tunnelier en systme VAL, comme Lille. Marseille na pas lanc de nouvelle ligne cette poque et il a fallu attendre 2003 pour quune extension de la ligne 1 du mtro soit dcide avec une excution au tunnelier pression de terre en section monotube (deux sens de circulation).

Figure 9 - Tunnel monotube Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 42


VI - SCHMA DCISIONNEL Lorsquune ville comme Lyon prend la dcision de crer ex nihilo un rseau de mtro, les premires rflexions portent sur les lignes fortes de clientle. Lyon il tait ais de reprer la ligne du bus no 7 comme la plus frquente de tout le rseau de surface. Cest ce trac qui a t choisi pour la ligne A, avec des projections pour les lignes futures impliquant quelques amorces de lignes et des rservations pour leur ralisation future. La seconde proccupation est, en langage dingniriste, linsertion de la ligne dans le bti, ce qui fait immdiatement entrer en considration les procds dexcution. ce stade, le concepteur doit disposer de toutes les donnes hydrogologiques, ce qui implique une anticipation dans la campagne de reconnaissance des sols, dans la mise en uvre et le suivi dune campagne pizomtrique et dans les tudes prliminaires. Les tapes ultrieures vont consister en un certain nombre ditrations aux fins doptimiser, pour chaque zone de caractristiques homognes en hydrologie, gologie et insertion, les procds dexcution, le trac et le profil en long.

Lancement des campagnes hydrogologiques

Lancement des tudes dun mtro

Analyse des rsultats

Analyse des lignes fortes de desserte Dfinition du rseau avec options diverses

Etudes de nappes

Vrification de compatibilit

Choix de la premire tranche de ralisation

Donnes dentre pour le dimensionnement

Etudes dtailles section/section Vrification sur la ligne de la compatibilit nappe


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Reprise des tudes

Lancement dune autre ligne

Campagnes complmentaires

Dfinition de la ligne

Vrification compatibilit

Choix du ou des procds dexcution

Etudes dtailles

chaque nouvelle tape de prolongement de ligne ou de cration dune nouvelle ligne un processus similaire est conduit mais cette fois sur une base intgrant les ouvrages dj construits et les volutions intrinsques de lenvironnement comme par exemple larrt des pompages de Grand Camp Lyon.

BIBLIOGRAPHIE Archives EGIS RAIL (SEMALY) SYTRAL. Rapport gotechnique et hydrologique juillet 1970. Rapport gotechnique et hydrologique juin 1971. Dossier dincidence du mtro sur la nappe phratique G. Picod fvrier 1978.


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Connaissance hydrogologique du sous-sol de lagglomration lyonnaiseJacques Coudert (1), Jrme Nicolas (2), Nadia Amraoui (3), Jean-Jacques Seguin (3)(1)

Communaut urbaine de Lyon, Mission cologie 20, rue du Lac BP 3103 69399 Lyon Cedex 03 [email protected]

(2)

BRGM Service Gologique Rgional Rhne-Alpes 151, boulevard de Stalingrad 69626 Villeurbanne Cedex [email protected]

(3)

BRGM Service eau 3, avenue Claude Guillemin - BP 6009 45060 Orlans Cedex 2 [email protected]

I. CONTEXTE GNRAL DE LTUDE I.1 Objectif Lamlioration de la prvention et de la protection vis--vis du risque inondation est une priorit du Grand Lyon. En effet, ce risque est complexe car il rsulte de la combinaison dune vulnrabilit forte (gnre par une zone urbaine particulirement dveloppe), et dun ala hydraulique engendr par des causes multiples (dbordements du Rhne et de la Sane, ruissellement pluvial urbain, remontes de nappes). Les coulements souterrains sur lagglomration lyonnaise sont localement difficiles apprhender du fait du compartimentage du sous-sol (fondations des btiments, mtro, parkings), de lexistence de prlvements et de rejets dans les eaux souterraines (pompes chaleur, captages divers, eaux pluviales), et bien sr de la variabilit du contexte hydrogologique. Cest dans ce contexte, que la communaut urbaine de Lyon 1 400 000 habitants - a voulu se doter de moyens de connaissance du fonctionnement de ses fleuves et des nappes qui y sont hydrodynamiquement connectes. Les actions de prvention et de protection envisages par la Communaut Urbaine doivent tre prcdes par lamlioration de la connaissance de ces coulements. Cest dans cette optique et aprs signature en 2004 dune Convention pluriannuelle de Recherche et Dveloppement partags avec le Grand-Lyon, que le BRGM sest engag dvelopper un modle gologique, une modlisation hydrodynamique des eaux souterraines et un rseau de surveillance pizomtrique sur lagglomration lyonnaise. Ltude a t structure en quatre phases successives de 12 mois chacune, les 3 premires tant acheves la date de rdaction de cet article. La premire phase a t consacre lacquisition des donnes ncessaires la construction dun modle gologique 3D (avec intgration des ouvrages souterrains). Ce modle gologique a servi de base au modle hydrodynamique construit et cal durant les deuxime et troisime phases du projet. Un rseau de surveillance pizomtrique compos de 29 ouvrages a aussi t mis en place.


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I.2 Situation gographique, gologique et gomorphologique

Figure 1 - Plan de situation La zone dtude recouvre approximativement les communes de la communaut urbaine de Lyon (Figure 1). Elle suit les limites naturelles du secteur : louest, la bordure orientale du Massif Central, au sud le barrage de Pierre-Bnite. lest, la limite passe par les collines morainiques de Saint-Fons et de Bron avant de couper la plaine alluviale au niveau de Vaulxen-Velin et de lle de Crpieux-Charmy. Au nord elle rejoint le Massif Central au niveau de lle Barbe. Lagglomration lyonnaise est construite sur la confluence du Rhne et de la Sane. louest, elle stend en partie sur les pentes des Monts du Lyonnais et sur les coteaux de la Sane et du Rhne. Le relief de la zone est relativement marqu. Les Monts-dOr culminent 625 m daltitude, alors que les collines (Fourvire et Croix-Rousse) ne dpassent pas les 250350 m. La plaine alluviale se situe quant elle environ 160-170 m daltitude en moyenne. Lest de lagglomration est caractris par un paysage de plaine (dite Plaine de lEst lyonnais) faonn par les diffrentes glaciations et les dpts de terrasses fluvio-glaciaires. Le relief se traduit par la prsence de collines morainiques dune altitude moyenne de 250 m. Ces collines sparent des couloirs bien dlimits gomorphologiquement (Dcines-Chassieu, Meyzieu, Vnissieux-Saint-Priest). Pour une description complte de la gologie lyonnaise, nous renvoyons le lecteur aux ouvrages de Nol Mongereau La gologie de Lyon et La gologie du Grand-Lyon (rf. 4 et 5) ainsi quaux notices des cartes gologiques de Lyon, Montluel, Givors et Bourgoin-Jallieu.


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II. MODLISATION GOLOGIQUE II.1 Mthode La modlisation gologique a permis de dfinir les caractristiques gomtriques et gologiques des formations prsentes dans la zone dtude. Le modle gologique rsultant a t exploit pour construire le modle hydrodynamique 3D. Pour atteindre cet objectif, diffrentes phases ont t ncessaires : - dfinir un rfrentiel des formations gologiques homognes vis--vis des caractristiques hydrauliques et caractriser ces formations. Il sagit de construire une pile lithostratigraphique des diffrents facis (sables, argiles, etc.), qui se sont successivement dposs suivant un ordre chronologique ; - rechercher les donnes de sondages disponibles en archives, en particulier dans la BSS. Lanalyse de ces donnes a permis de darder 2 940 sondages directement exploitables sur les 4 500 retenus initialement, soit environ 65 % des ouvrages recenss sur la zone couvrir. Le positionnement des sondages retenus est prsent en figure 2 ; - prparer les donnes ncessaires la modlisation : numriser et coder, dans le rfrentiel pralablement dfini, les ouvrages de reconnaissance pertinents pour la zone dtude, numriser les cartes gologiques existantes et les rendre cohrentes avec le rfrentiel ; - acqurir un MNT (Modle Numrique de Terrain) prcis. Laltitude des ttes de sondage par rapport ce MNT a t vrifie pour assurer une cohrence topologique et construire par interpolation les surfaces de bases des diffrentes formations gologiques du rfrentiel. Pour cela, il a t ncessaire de faire appel aux outils gostatistiques. Ces surfaces se prsentent sous forme de grilles de valeurs, cales sur le MNT, mais dont le Z exprime la cote correspondante de la formation en chaque point.

Figure 2 - Positionnement des ouvrages retenus pour construire le modle gologique Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 47


lissue de ces diffrentes tapes, la cohrence topologique entre les surfaces calcules et les diffrentes sources de donnes est vrifie (mais la prcision du modle reste dpendante de la densit et de la qualit de linformation disponible). Les travaux de modlisation (gestion des donnes, interpolations par krigeage, dtection des conflits topologiques) ont t raliss laide du logiciel GDM, dvelopp par le BRGM. II.2 Rsultats Le modle gologique 3D est compos de 12 couches superposes reprsentant les formations rencontres. Il est possible de le visualiser, soit au travers de coupes soit avec un visualiseur 3D. Un aperu de la disposition gnrale des formations est fourni par la figure 3.

A C E B D F

0

1

2 km

Kilomtres

Localisation de la coupe. Les chiffres en rouge renvoient aux repres sur la coupe.350 300 250 200 150 100 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 350

A

B

Sane

Rhne

C

Bd Priphrique D

E

300 250 200 150 100

Surface topographique240 240

Eau vive Formations actuelles (remblais, limons, etc.)

220

220

Alluvions modernes argilo-limoneuses Alluvions modernes sablo-graveleuses

200

200

Alluvions fluvio-glaciaires argileuses180 180

Alluvions fluvio-glaciaires graveleuses Moraine argileuse

160

160

Moraine caillouteuse140 140

Moraine de fond Alluvions anciennes

120

120

Molasse tertiaire0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Socle

Figure 3 - Coupe gologique EW au centre de la zone dtude et zoom sur le secteur de Vaise Dans la partie Est de la coupe, les alluvions fluvio-glaciaires lest et les alluvions fluviatiles modernes louest, reposent sur un substratum molassique datant du Miocne. Session 1 - quilibres et dsquilibres physiques 48


Dans la dpression de Vaise (entre les repres A et B), le log lithologique-type rencontre depuis la surface : des remblais, des alluvions modernes dabord argilo-limoneuses puis sablo-graveleuses qui reposent sur un substratum cristallin. II.3 Barrires hydrauliques Les diffrents ouvrages souterrains existants dans une grande agglomration sont autant dobstacles potentiels aux coulements souterrains dans leur voisinage. Cest pourquoi, une partie du travail de la premire phase de cette tude a consist recenser et dcrire prcisment (dimension, emplacement) tous les grands ouvrages souterrains pouvant perturber lcoulement de la nappe (parkings, lignes de mtro, tunnels, trmies routires). Ces donnes ont t informatises. La plupart dentre delles taient dj disponibles en reprsentation bidimensionnelle (X et Y), il a donc fallu y ajouter la composante verticale (Z). La figure 4 reprsente une vue des parkings et sous-sols.

Figure 4 - Vue 3D des sous-sols depuis le sud avec une exagration verticale de 5 III. RSEAU PIZOMTRIQUE Dun point de vue gographique, ce rseau concerne les secteurs de Vaise, la Presqule et la rive gauche du Rhne. Il a t construit partir des points inventoris qui prsentaient des possibilits daccs, de protection et donc de prennit (12 ouvrages au total) ; il a t complt par 17 pizomtres supplmentaires raliss dbut 2006 dans le cadre de ce programme. Lensemble des pizomtres couvre la totalit de la zone dtude : les secteurs les plus sensibles aux inondations, mais aussi les limites de la zone modlise. Le suivi de ces ouvrages permet galement de vrifier et daffiner le calage du modle, celui-ci ayant t ralis sur un "ancien" rseau de pizomtres avec des mesures jusquen 2004. La slection des points de mesure a consist privilgier les ouvrages existants, pour des raisons videntes dconomie, puis proposer les nouveaux pizomtres forer dans les secteurs les moins densment couverts. Lexistence dhistoriques de mesures tait aussi un critre supplmentaire dans le choix dun ouvrage. Actuellement, 29 points sont surveills (figure 5). Tous les ouvrages slectionns ou raliss sont situs sur des terrains appartenant au domaine public (communes de la zone dtude ou Diocse). En effet, la difficult lors de la mise en place dun rseau de surveillance en milieu urbain, est dassurer sa prennit. Tous les ouvrages ont t inscrits sur les documents durbanisme pour les prvenir dventuels dommages ou destructions lors de travaux.


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Les 17 ouvrages raliss ont t placs dans des regards en bton recouverts par des tampons en fonte. Ainsi, la tte du tubage et le matriel en place sont protgs. Tous les ouvrages de surveillance sont quips dappareil de mesure numrique, 13 dentre eux sont quips de matriel permettant la tltransmission des donnes en temps rel, 1 avec un modem RTC (Rseau Tlphonique Commut), les 12 autres avec des modems GSM (Global System for Mobile). Ce matriel pourra, terme, permettre la mise en place dun rseau dalerte. Lutilisation de la technologie GSM est l encore un choix dlibr ; aucun travail supplmentaire nest ncessaire, et le site de mesure est scuris, tout le matriel se trouvant dans le regard. Ce rseau a t install en octobre 2006, les premires donnes ont pu tre utilises cette anne pour affiner et valider le calage du modle hydrodynamique en rgime transitoire.

Figure 5 Carte de localisation des ouvrages de surveillance pizomtrique


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Par ailleurs, le matriel install sur 26 des points de ce rseau permet lacquisition de donnes de temprature. Les chroniques en cours dacquisition pourront tre utilises dans le cadre dtudes concernant la problmatique de variation de temprature dans les aquifres de lagglomration. IV. MODLISATION HYDRODYNAMIQUEIV.1 Type de modle et logiciel utilis

Le modle construit est un modle de nappe tridimensionnel coupl au Rhne et la Sane ; il permet donc dvaluer limpact sur la nappe dventuelles crues de ces deux cours deau. Il tient compte aussi du drainage de la nappe par les drains de la Compagnie Nationale du Rhne (CNR). Il intgre les principaux ouvrages souterrains pouvant influencer les coulements souterrains : fondations de btiments, parkings, lignes de mtro, canalisations de grand diamtre. Le code de calcul utilis pour la modlisation est le logiciel WinMarthe dvelopp par le BRGM. Il sagit dun logiciel de modlisation hydrodynamique utilisant un schma aux diffrences finies. Il permet de simuler dans un mme "continuum"

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