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Evaluafion de /’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une parfie des eaux ptuviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Mots clés : bassin ferrifère lorrain, police de l’eau, rejets, eaux pluviales, faille, karst, étude d’impact, hydrogéologie.

En bibliograpiiie, ce rapport sera cité de In façon suivante :

Vaitte L. (2001) - Evaluation de l’impact sur les eaux soiitemines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes. Rapport BRGM/RP-50777-FR, 39 p., 2 fig., 4 tabl., G ann.

8 BRGh1, 2001. Ce document ne peul ètrc reproduit en Iotalilé ou en partie sans I‘aatorisation enprcssc iiu RRUhi

2 Rapporl ùRGM/RP-50777-FR

Evafuation de l’impact sur /es eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux ptuviafes de Vi//erupt (54) dans /a faif/e de Crusnes

Synthèse

Le Président du SIVOM de I’Alzette, par lettre du 06/04/1998, a deniandé au Préfet de Metirtlie-et-Moselle l’autorisation de procéder à des travaux de réhabilitation du réseau d‘assainissement du quartier Verlaine, dans le secteur sud de Villerupt (54). Les travaux envisagés comprennent I’iiijectioii d’eaux pluviales dans une faille ouverte, la <( faille de Crusnes D.

La Direction Départementale de I’Equipeinent de Meurtlie-et-Moselle (54), chargée par Ic Préfet d’instruire le dossier de demaiide d’autorisation de ces rejets d’eaux pluviales (par courrier en date du 27/04/1998), a demandé au BRGM, dans le cadre de ses missions d’appui technique aux services en cliarge de la police de l’eau, un avis sur le risque de pollution chronique ou accideiitelle des eaux souterraines.

Coinpte tenu :

- de la complexité dcs écoulements souterrains dans ce secteur extrêmement perturbé par l’ancienne activité d’extraction de minerai de fcr ;

- de la mécoiinaissance de ces mêmes écoulements souterraiiis dans la situation actuelle - le réservoir minier nord n’est pas encore ennoyé -, et de la plus grande difficulté encore à prévoir dans le détail les changements qui interviendront lors de l’ennoyage ;

- de I’eiijeu iinportant que constitue la préservation ù long teme de ressources en eau souterraines très vulnérables ;

il a été jugé indispensable, avant de pouvoir émettre un avis d’expertise pertinent, dc mener unc étude hydrogéologique plus approfondie, élargie à l’ensemble du bassin minier nord et aux sous-bassins Godbrange, Errouville, et Serrouville.

Les résultats de l’étude hydrogéologique préalable, ainsi que les résultats d’expertise qui en découlent, sont présentés dans ce rapport.

Ce projet de travaux de réliabilitation consiste d‘abord en le raccordeineit du réseau d’assainissement du quartier Verlaine à la station d’épuration d’Auduii-le-Ticlie, via le réseau de Villerupt. L’ancienne station d’épuration du quartier Verlaine, située ci 250 m au Sud-Ouest de ce quartier, dans le bois de Butte, sera démolie. En effet, cet ouvrage, datant des années 19G0, est hors service, et les effluents non traités sont actuellement épandus dans le bois.

Les travaux comprennent aussi l’évacuation des eaux pluviales du bassin versant incluant le quartier Verlaine par infiltration dans la faille de Crusnes, coinme ce fut le cas, à proximité immédiate, pour les effluents traités par la station d’épuration du quartier Verlaine jusqu‘au colmatage du point d’infiltration.

Rapport BRGMiRP-50777-FR 3

Evaiuation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Viiierupf (54) dans la faille de Crusnes

Le projet d’infiltration d’eaux pluviales dans la faille de Crusnes est localisé à l’aplomb ou à proximité immédiate de ressources en eaux souterraines importantes et vulnérables :

- l’aquifère des calcaires du Dogger, localement karstifié,

- les réservoirs miniers ennoyés (ou susceptibles de l’être).

Dans l’état actuel des connaissances, on peut estimer que I’iinpact du projet sur la qualité des eaux souterraines serait significatif du point de vue de la pollution chroniqiie apportée par les eaux pluviales, et menacerait gravenient et à long terme une ou plusieurs ressources en cas de pollution accidentelle.

Le projet devrait donc être modifié de façon à mininiiscr voire annuler cet inipact :

* II est Iiautement souliaitable de ne pas infiltrer directcnient les &aux pluviales dans la faille de Crusnes : d’une manière générale, il est toujours préférable de laisser s’infiltrer les eaux naturellement à travers une épaisseur suffiisantc de sol végétalisé et de roclie non saturée, afin de ralentir la progression d’éventuels polluants, et de favoriser une certaine autoépuration des eaux dans un milieu aéré.

Les ouvrages de traitement des eaux pluviales devront être dimensionnés en relation avec Le risque de pollution clironique et accidentelle des ressources en eau souterraine. On pourra prendre comme exemple le schéina et le dimensionnement des ouvrages de traiteinent des eaux pluviales de l’autoroute B31 (Coyne et Bellier, Bureau d’ingénieurs Conseils, 1978 ; étude réalisée pour la DDE 57) : l’installation pourrait être constituée d’un décanteur/déstiuileur déversant ses eaux dans un bassin de stockage au faible débit de fuite. Pour respecter la recoiiimandatioii précédente, le débit de fuite ne devrait pas être injecté dans la faille, mais être épandu ou pompé vers le réseau d’assainissement de Villerupt.

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4 Rapport ERGM/RP-50777-FR

Evaluation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d‘une partie des eaux pluviales de Vil/erupf (54) dans /a faille de Crusnes

Sommaire

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Synthèse ...................................................................................................................... 3

Sommaire .................................................................................................................... 5

Liste des figures .......................................................................................................... 6

Liste i les tableaux ....................................................................................................... 6

Introduction ................................................................................................................ 7

1 . Docunients coiisultés ............................................................................................. 9

2 . Détails tecliniques du projet ................................................................................. 11

3 . Données sur les eaux souterraines et leur exploitation ...................................... 3.1 Contenu du dossier de déclaration ............................. 3.2 Contexte géologique .............................................................................................

3.2. i Contexte stratigraphique .......................................................................... 3.2.2 Contexte structural ...................................................................................

3.3 Contexte hydrogéologique ...................... ......................................................... 3.3.1 L’exploitation miniére, I’exhaure et Ics réservoirs miniers ..................... 3.3.2 Géornttrie des réservoirs miniers ........................ 3.3.3 Circulations d’eau souterraine dans les réservoir niers ...................... 3.3.4 Circulations d’eau souterraine dans les calcaires du Dogger ....

3.4 Exploitation des eaux souterraines ....................................................................... 3.5 Conclusions sur les données nécessaires a l’évaluation des incidences du projet

4 . Evaluation de l’impact du rejet d’eaux pluviales sur les eaux souterraines .... 4.1 Contenu du dossier de déclaration ........................................................... + ..... 4.2 Evaluation du risque de pollution des eaux souterraines .....................................

4.2.1 Pollution des eaux souterraines par temps sec ......................................... 4.2.2 Pollution chronique des eaux souterraines par tenips de pluie ................ 4.2.3 Pollution accidentelle des eaux souterraines par temps de pluie ... 4.2.4 Conclusion sur l’impact du projct sur la qualité des eaux souterraines ...

4.3 Efficacité des nicsures compensatoires envisagées ..............................................

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13

13 13 17

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Recomniandations ...................................................................................................... 35

Bibliographie .............................................................................................................. 37

Liste des annexes ........................................................................................................ 38

Rapport BRGM/RP-50777-FR 5

Evaluation de /‘impact sur /es eaux souterraines du rejet dune partie des eaux ptuviales de Vi//erupt (54) dans /a faifle de Crusnes

Liste des figures

Figure 1 - Carte de situation ...................................................................................... 14

15 Figure 2 - Agrandissement de la carte de situation ...................................................

leau

Tableau 1 - Données caractéristiques des réservoirs miniers du bassin de Longwy et du bassin Nord. ....................................................................................

Tableau 2 - Ordres de grandeur des concentrations moyennes annuelles en MES, DCO et DB05 des eaux pluviales qui seront rejetées dans la faille de Cmsnes, d’après les données de la base CERGRENE (Tassili et

Tableau 3 -Ordres de grandeur des concentrations moyennes annuelles en MES, DCO et DB05, après dilution du voluine d’eau pluviale pollué dans les

Tableau 4 - Ordres de grandeur des concentrations en hydrocarbures dans les réservoirs miniers en cas de pollution accidentelle (ef. scénario dans le texte). ....................................................................................................... 3 1

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Chebbo, 2000) .......................................................................................... 28

réservoirs miniers, en régime permanent. ................................................ 28

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Evaiuation de /‘impact sur /es eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans /a failfe de Crusnes

I n trod uct ion

Le Présideitt du SIVOM de I’Alzette, par lettre du 06/04/1998, a deiiiandé ati Préfet de Meurthe-et-Moselle l’autorisation de procéder i des travaux de réhabilitatioii du réseau d’assainissement du quartier Verlaine, dans le sectetir sud de Villenipl (54). Les travaux eiivisagés comprennent l’iiijeetion d’eaux pluviales dans une faille ouverte, la a faille de Crusnes n.

La Direction Départementale de I’Equipcmeiit de Meurthe-et-Moselle (54), chargée par le Préfet d’instruire le dossier de deinande d’autorisation de ces rejets d’eaux pluviales (par courrier en date du 27/04/1998), a demandé au BRGM, dans le cadre de ses missions d’appui technique aux services en charge de la police de l’eau, un avis sur le risque de pollution elironique ou accidentelle des eaux souterraines.

Compte tenu :

- de la complexité des éeouleineiits souterrains dans ce secteur extrêmemeiit perturbé par l’ancienne activité d’extraction de minerai de fer ;

- de la méconnaissance de ces inêmes écoulements souterrains dans la situation actuelle - le réservoir minier nord n’est pas encore ennoyé -, et de la plus grande difficulté encore a prévoir dans le détail les eliangements qui interviendront lors de l’ennoyage ; de l’enjeu important que constitue Iapré.serivztio/t a long ternie de ressources en eau souterraines très vulnérables ;

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il a été jugé indispensable, avant de pouvoir émettre un avis d’expertise pertinent, de inener une étude hydrogéologique plus approfondie, élargie i l’ensemble du bassin minier nord et aux sous-bassins Godbrange, Errouville, et Serrouville.

Les résultats de l’étude hydrogéologique préalable, ainsi que les résultats d’expertise qui en découlent, sont présentés dans ce rapport.


Evalualion de l'impact suf les eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes


Evaluafion de /’impact sur les eaux souferraines du rejet d’une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

1. Documents consultés

Les documents suivants ont été coiisiiltés :

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Certaines pièces du dossier de deniande d’autorisation, réalisé par le bureau d’études de la Direction Départementale de l’Agriculture et de la Forêt de Moselle (DDAF 57) :

- le dossier de déclaration, - la note de calcul des débits, extraite de l’avant-projet détaillé,

- le plan de masse des ouvrages projetés,

- les plans et coupe du dessableur ci des ouvrages d’infiltration,

- le compte-rendu des résultats du test d‘infiltration in situ, réalisé par le bureau d’études Conzpétence Gioteclzniqzte.

Une carte au 1 / 25 000, dressée par la Direction Départementale de I’Equipenient de Meurthe-et-Moselle (DDE 54), situant les périmètres de protection des captages AEP d’Errouville et de Senouville, ainsi que les rejets d’eaux iisées de Crusnes, Errouville, Senouville, et Filières.

Les périmètres de protection éloignés des captages situés dans un rayon de 15 kilomètres autour du point de rejet d’eaux pluviales. fournis sous format numérique par la Direction Départenieritale de l’Agriculture et de la Forêt de Mcurthe-et- Moselle (DDAF 54).

Deux cartes hydrogéologiques : la carte Longwy / Auduii-le-Roman (Maubeuge, 1976, éditée par la CSMF et I’IRSID), et la carte de In surface piézoniétrique des principaux niveaux aquifères dans les Ardeiineç et le Nord de la Lorraine (Ranioii, 1976, éditée par 1’ Agence de l’eau Rhin-Meuse).

Les études hydrogéologiques préalables l’établissemeiit de périmètres de protection des réservoirs miniers d’Errouville et de Scrroiiville (Botily, 1991) et du réservoir minier de Godbrange (Petit, 1995), consultés 5 la DDAF 54.

Les résultats d’analyses d’eau brute du pompage du réservoir de Senouville (1 998 à 2000) et de I’exhatire miiiière de la galerie de la Paix ( 1 997 5 1999), fournis par la Direction Départeinentale des Affaires Sanitaires et Sociales de Moselle (DDASS 57).

Les résultats d’analyses d’eau brute du pompage du réservoir de Godbriinge (2000), fournis par la Direction Départenientalc des Affaires Sanitaires et Sociales de Meurthe-et-Moselle (DDASS 54).

Différents documents miniers déposés en archives au BRGM Lorraine : -

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L’Atlas de la forination ferrifére lorraine aii 1 / 50 000 (Biclieloniie et Angot, 1931).

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Evaluafion de l’impact sur les eaux souterraines du rejef d’une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

- La carte des N Puissances et courbes de niveau des clifféreiites formations des morts terrains de la formation ferrifére )> au 1 / 50 000 (IRSID-CSMF, sotis la direction de P-L. Maubeuge, 1972).

- Le plan des servitudes niiniéreç du FOS de Villerupt et clc Tliil (plan au 1 / 5000 valable i la date du 1/01/1976).

Le dernier plan d’exploitation des mines La Paix - Bassompierre - Puits Autiielz (plan d’ensemble des travaux en couches calcaire et siliceuse du 1/12/1982, au 1 / 5000, établi par la société Lormines).

Les dossiers d’abandon des concessions d’ Aumctz et Errouville (Lormines, 1994). et Ferdinand (ARBED, 1997).

Les dossiers de la Banque de données du Sous-Sol du BRGM Lorraine.

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2. Détails techniques du projet

Les chiffres pris en coinpte dans la suite sont extraits du dossier de déclaration, ceux-ci étant parfois légèrenient différents de la note de calcul de l’avant projct détaillé. D’après les documents examinés, le rejet d’eaux pluviales sera effectué à environ 250 m du site de la station d’épuratioii du quartier Verlaine, dans deux puits d‘infiltration coiffant la faille, aprés passage dans un dessableur-déshuileur de 25 m3 de capacité, et à cloison siplioïde pour la rétention des hydrocarbures. En cas de pluie, les premiers 80 in3 du flot de rinçage du réseau seront stockés dans un bassin de pollution, dont la vidange sera assuréc par refoulement vers le réseau de Villerupt, puis vers la station d’épuration d’ Audun-le-Tiche.

Jusqu‘à un débit critique de 70 Ys, les eaux pluviales seront, comme les eaux usées en temps sec, conservées par le déversoir d’orage iiistallé sur le site dé la station d’épuration du quartier Verlaine, et évacuées vers la station d’épuration d’Audun-le-Ticlie via le réseau de Villerupt.

L’infiltration des eaux pluviales aura lieu dés que leur débit excédera 70 lis (lors de pluies d’intensité moyenne supérieure i 6 m d h d’aprés le calcul). Les ouvrages ont été diinensionnés pour assurer une bonne infiltratioii des eaux pluviales jusqu’à un débit de fréquence de retour décennale de 500 I/s (hors débit toujours conservé de 70 lis). Dans le cas le plus défavorable, le volume infiltré lors d’une telle pluie décennale (durée 4 h, intensité maximale 66 minlh, hauteur totale de pluie 36 mm) serait d’environ 1500 m3, Le volume moyen annuel infiltré est estimé à 36 000 m3, compte tenu d’une pluviosité correspondante de 900 mm.

Un essai de percolation in situ a été réalisé par le bureau d‘études Coiiipétence Géotechnique (à une date et dans des conditions hydrologiques non précisées), par déversement de 6 m3 d’eau dans un trou de 1 x 1,5 m sur 0,4 in de profondeur creusé à 0,4 m de la faille ouverte. Le débit continu de 5 I/s pendant 20 minutes s’est révélé insuffisant pour remplir le trou, et l’eau s’est écoulé librement au même débit dans la faille, dont I’ouvertiire est de 0, 15 ni.

Il en a été conclu que la faille pouvait constituer un bon exutoire pour des éaux claires, et pouvait assurer l‘évacuation d’un débit maximum de l’ordre de 500 lis, ce débit étant toutefois 100 fois plus élevé que celui du test. Deux puits d’infiltration en béton amlé, à déversoir, ont donc été prévus, coiffant chacun un tronçon de 2 m de faille recouvert d’une grillc de section rectangulaire.


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Evaluafion de l'impact sur /es eaux souterraines du rejet d'une padie des eaux pluviales de Viflerupl (54) dans la faifle de Crusnes

Rapport 5RGWRP-50777-FR

Evaluation de l’impact sur /es eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans /a fai/le de Crusnes

3. Données sur les eaux souterraines et leur exploitation

3.1

il est iridiqiié dans le dossier de déclaration que <( les eaux infiltrées dans la faille de Crusnes se déverseront dans les inines ennoyées de l’ancienne coiicession iniiiière de CiusneslBréliaiii, celle-ci coniniuniquant avec la concession de Boulange via la galerie de Bassompierre. Le réservoir ainsi constihié, d’un volilme de 20 O00 O00 m3, est exploité pour l’eau potable par le S.I.E. Fensch-Moselle à la salle des pompes de Iiavaiige. Le parcours de l’cati entre le site du quartier Verlaine et cette salle de pompage est d’environ 25 kiii >) ( 5 4.1).

CONTENU DU DOSSIER DE DECLARATION

3.2 CONTEXTE GEOLOGIQUE

3.2.1 Contexte çtratigraphique

Les informations qui siiivent sont extraites de I’« Inventaire des ressoiirces liydrauliques du bassin lorrain - le bassin de Longwy )> (Guillaiime et al, 19GO), et sont illustrées par les coiipes géologiques des planelies 1 et 2 (annexes 2 et 3)

Les horizons calcaires du Bajocien ci de I’Aalénien (foimation du riiinerai de fer) coiistitiiciit le couronnement des Côtes de Moselle et I’ossatiire du plateau qui les prolonge vers l’Ouest. Ils reposent sur les piiissaiites assises essentiellement argileuses du Lias (Torircieri), dont les afkwements constituelit les versants des Côtes de Moselle, ainsi que les régions plus à l’Est (dépression des vallées de l a Moselle et de I’Alzette).

Vers l’Ouest, ils s’enfoncent sous les puissantes assises niarnetises dii Callovo- Oxfordien, en raison du plongement gériéral des assises vers le centre du Bassin parisien.

l

I

Coinprises entre le Toarcieii et le Callovo-Oxfordien iiiipeniiéables, limitées à l’Est par leur zoiic d’affleurement et ii l’Ouest par la compacité croissante des calcaires en profoiitleiir, les séries Aalénien-Bajocicii-Baltionien coiistituent un ensemble Iiydrogéologiqiie indépendant. Ces horizons ne pciiveiit Ctrc aliiiicntés qiie par les infiltrations d’eau de pluie tombant sur le pCriniCtrc dc letirs affleureiiieiits. La vidange de ces horizons aquifércs ne peut s’effectuer, dans les conditions naturelles, que par des émergences également sitiiées sur les nffleurenicnts, ou i leur liiiiite avec ceux du Lias OLI tlii Callovicn.

Les relations entre les principaux horizons aquifères intéressant l’extiatirc du bassin ferrifèrc sont décrites ci-aprés :

i i

I

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Evaluation de /‘impact sur /es eaux souterraines du rejet d’une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans /a faille de Crusnes

Ecran supérieur : Ics marnes de Gravelotte imperméables (épaisseur 20 ii 30 ni) constituent un écran stable aux circulations d’eau verticales.

Premier iiorizori aquifère (supérieur) : le calcaire de Jaumont (20 3 25 ni), constitue un niveau de circulation préférentiel, souvent karstique, notamment lorsqu’il n’est pas recouvert par les marnes de Gravelottes. Comme il affleure largement à la surface dit plateau Bajocien, il constitue un niveau de rasseinblement des eaux d’infiltrations, qui, dans les conditions naturelles, est drainé par les sources au niveau des marnes de Longwy, dans les points bas des affleurements.

Ecran intermédiaire : les marnes de Longwy, d’épaisseur variable (3 3 G m), constituent un écran naturellement imperméable, à la base du calcaire de Jauniont. Cet écran peut être roinpu par les effondrements miniers et laisser passer les eaux (< suspendues )) des calcaires de Jauinont dans les niveaux inférieurs.

Deuxième horizon aquifère (moyen) : le complexe caleaire ou maino-calcaire du Bajocien inférieur et nioycn, épais de 80 3 100 in : calcaire corallien (dit aussi (< à polypiers )>, épais de 60 à 80 m), puis calcaire dit Haut-Pont et marno-calcaire d’Ottange (20 m d’épaisseur environ). Ce complexe constitue l’ossature profoiidc du plateau Bajocicn. Il comporte parfois des circulations karstiques. Cet horizon est alimenté par les infiltrations verticales dans les zones d’affleurement. I l récupère également les sources qui émergent au niveau des marnes de Longwy, donnant naissance à des ruisseaux qui ne tardent pas à se perdre lorsque leur chemiiiement les améne au-dessus des calcaires coralliens. Le cours supérieur des vallées correspond alors à ce que l’on appelle des vallées sèches.

Ecran inférieur : la base du Bajocien, les marnes micacées (dites aussi ({ de Cliarennes D), épaisses de 12 3 30 m, constituent au-dessous du niveau des marnes de Longwy le dcuxiènie écran imperméable aux circulations d’eau verticales. Systématiquement rompu par l’action des dépilages, cet écran ne s’oppose pas aux arrivées d’eau supérieures. Il joue cependant un rôle secondaire important dans la répartition de ces arrivées.

Troisième horizon aquifère (inférieur) : la formation du minerai de fer constitue, au-dessous des marnes micacées et après le calcaire de Jaumont et le calcaire corallien, le troisième ensemble aquifère. De ces trois ensemble, c’est très vraisemblablemcnt le seul qui ne présente pas de circulations de type karstique. Cette formation correspond à des assises siliceuses ou calcaires, plus ou moins fissurées et pennéables, qui représentent à l’état naturel un niveau de circulation possible pour l’eau. Par certains côtés même, et notamment dans les couches très oolithiques, dont les éléments sont plus ou moins bien agglomérés, il seiiible que les circulations se rapproclieiit davantage du type de celles que l’on observe dans les grès ou les sables, que de celles que l’on peut observer dans les calcaires Fissurés.

Liinite inférieure du système aquifère Aalénien-Bajocien : les puissantes assises du Toarcien coiistitiieiit enfin, à la base du minerai de fer, un écran imperméable très épais, qui constitue la limite inférieure des systèmes aquiîèrcs du Bajocien. Dans la région Nord du bassin ferrifère, le Toarcien comporte ii son sommet des assises gréseuses (grès supraliasiques). Ces dernières peuvent être assez argileuses, et dans ce cas sont très certainement beaucoup moins perméables que les assises du

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minerai de fer. En d’autres endroits, cette assise est sablo-argileuse et constitue une voie préférentielle de circulation des eaux souterraines. On peut donc considérer avec une bonne approximation que la limite du Toarcien avec I’Aalénien inarque bien la limite inférieure des circulations aquifères, cette limite pouvant être rejetée légèrement plus en profondeur lorsque les grès supraliasiques sablo-argileux sont bien développés.

3.2.2 Contexte structural

L’emplacement de l’éventuel point de rcjct des eaux pluviales dans la faille de Crusncs SC situe dans le bassin ferrifére lorrain, à la limite du (( bassin de Longwy n, situé à l’Ouest de la faillc de Crusnes, et du <( bassin nord )) (anciennenient ((bassin d’Ottange »), situé quant à lui à l’Est de la faille de Crusnes.

La faille de Cnisnes et ses relais Nord et Sud (failles d’Audun-le-ïiclie et de Mercy-le- Haut) est l’un des accidents tectoniques cassants importants qui m&quent la structure du bassin ferrifère (figure 1). Le rejet de la faille, de direction Sud-Est, est de 100 m au niveau de l’emplacement du l’éventuel point de rejet des eaux pluviales.

La figure 1 montre les isohypses (lignes d’égale altitude) du toit de la formation ferrifère, tirées de la carte des ((Puissances et courbcs de niveau des différentes formations des morts terrains de la formation ferrifère n au 1 / 50 000 (Maubeuge, 1972). On peut observer que le pendage général des couches est en direction du Sud- Ouest. On note l’existence d’une petite cuvette au centre du réservoir d’Errouvillc, venant buter sur la faille de Cnisnes.

La planche 3 (en annexe 4) présente une vue 3D du toit de la foriiiation ferrifère. Cette planche a été réalisée à partir de la carte tectonique du bassin de Briey au 1 / 100 000 (IRSID-CSMF, 1967) et de l’Atlas de la formation fcrrifèrc lorraine au 1 / 50 000 (Bichelonne et Angot, 1931). Elle perme1 de mieux visualiser la fonne du toit de la formation ferrifère : on reinarque en particulier la cuvette contenant le réservoir d’Errouville, et le rejet important de la faille de Cnisnes, qui délimite le bassin de Longwy et le bassin nord.

Le toit des calcaires à Polypiers n’est pas représenté, inais la consultation de la carte de Maubeuge (1972) montre que l’allure générale du pendagc des couclies es’t proche de celle de la forniatioii ferrifère.

3.3 CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE

3.3.1 L’exploitation minière, I’exhaure e t les réservoirs miniers

Pendant plus d’un siècle, les mines de fer de Lorraine ont exploité la couche minéraliséc riche en minerai de fer (Aalénien). Le minerai était extrait de la inanière suivante : des galeries étaient percées (traçage), puis le minerai était extrait entre les galeries jusqu’à ne laisser que de minces piliers, enfin les piliers étaient détruits l’explosif (dépilage).

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Evaluation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupf (54) dans la faille de Crusnes

L’effondrement des galeries abandonnées i provoqué la fracturation du calcaire SUS-

jacent (calcaires du Dogger).

Ainsi, l’extraction du minerai de fer, qui s’est effectuée sous la vaste nappe des calcaires du Dogger, a mis en communication hydraulique ces deux niveaux et a causé le déiioyage progressif de la nappe du Dogger par vidange dans les galeries ininiéres. Pendant toute la durée de l’exploitation, cette eau a donc été pompée (exhaure) et rejetée massiveinent dans les cours d’eau, conduisant 5 leur artificialisation. En outre, la quasi- totalité de I’aliinentation en eau potable ou iiidiistrielle de la région était effectuée grace i ceiie ressource abondante et facile d‘accès.

L‘arrêt des pompages d‘exhaure, i la suite de la fermeture de mines ou groupe de mines, a été à l’origine de la constitution de ce que l’on petit appeler des N réservoirs miniers n, par ennoyage des vides laissés par les travaux miniers (galeries, zones dépilées, puits, ...). L’eau d’ennoyage a aussi saturé d’eau les pores des roclies encaissantes, et s’est ensuite propagée dans les calcaires du Dogger sus-jaceiitç. La remontée dii niveau de l’eau s’est poursuivie jusqu’à ce qu’un équilibre soit trouvé entre les apports d’eau (la pluie) d’une part ; et les débits de débordement (galeries aménagées), de fuite, de drainage (sources) et de pompage d’autre part.

Cet équilibre est toujours différent de celui qui existait avant l‘exploitation minière, car la création de galeries et de drains, ainsi que la fracturation de l’écran imperméable qui sépnrait la formation ferrifère et les calcaires du Dogger, ont considérablement modifié la perméabilité locale de la roche, la nature et les axes de circulation de l’eau souterraine. Par ailleurs, l’immersion des parois laissées ati contact de l’air pendant des décennics a entraîné une forte minéralisation de I’eaii.

3.3.2 Géométrie des réservoirs miniers

La figure 1 montre les contours approximatifs des réservoirs miniers (volumes de vide laissés par l’ancienne exploitation minière qui se sont remplis d’eau) qui sont situés de part et d’autre de la faille de Crusnes, avec une marge d’erreur d’environ ‘/. 100 in - ccci explique par exemple pourquoi la limite Ouest du réservoir d’Erroiiville empiète légèrement sur la faille de Crusnes -. Les tracés des contours ont été établis d’après les informations transmises par GEODERIS.

Dans le bassin de Longwy (Ouest de la faille de Crusiies), on distingue les réservoirs de Godbrange et Serrouville. Dans le bassin nord (Est de la faille de Crusnes), on distingue le réservoir d’Errouville et l’albraque de la Paix. L’emprise du futur réservoir nord, qui se constituera après l’ennoyage des anciennes mines si les exhaures actuelles de I’ARBED sont arrêtées, est aussi figurée sur la carte. Le futur réservoir nord englobera I’albraque de la Paix et le réservoir Errousillc.

La figure 2 montre un agrandissement de la figure 1, centré sur la faille de Crusnes. Sur cette carte sont figurés les réservoirs Godbrange, Serrouville et Enouville, ainsi que les contours des concessions minières du secteur.

18 Rapport BRGM/RP-50777-FR

Evaluation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

a) Réservoir de Godbrange

DLI fait de certains aménagements effectués par les exploitants des mines, l’impluvium du réservoir englobe les eaux proveiiant des concessions de Villerupt, Crusnes, Bréhain, Tiercelet, Godbrange et Hussigny (cf. figure 2).

Les eaux de la concession de Villerupt s’écoulent par gravité vers celles de Crusnes ; là, des serrements (mis en place en novembre 1983 et avril 1985) empêchent les eaux cle s’écotilcr à travers la faille de Crusnes vers les concessions situées à l’Est. Toutes ces eaux sont ainsi ramenées vers l’Ouest dans la concession de Bréhain par des galeries. Les eattx de la concession de Bréliain sont en relation avec celles de Tiercelet par des galeries à partir de la cote 319 ni et au-dessus. Les eaux de la concession d’Hussigny descendent gravitaireinent sur celles de Godbrange.

L’ennoyage complet du réservoir Godbrange s’est effectué au printemps 1987. Le débordement s’effectue vers le ruisseau La Moulaine, ar une galerie à la cote 337 in. Le volume du réservoir peut être estirné à 11,6 Mm (cf.. tableau 1 et note 1). En période d’étiage, lorsque des pompages de reiiouvellcment du réservoir étaient effectués à un débit 7000 m3/j, la galerie de débordement ne fonctionnait plus. A l’étiage 1990, Ic niveau d’eau dans la niine est descendu à 334 m.

b) Réservoir de Serrouville

Le réservoir de Serrouville fonctionne comnie un réservoir fermé, puisque l’unique travers-banc qui la reliait à Errouville a été barré en 1988. Le point de débordement de ce réservoir est un ancien forage situé au lieu-dit (( Le Moulin au Bois ». L’ennoyage du réservoir s’est effectué du 1’‘ avril au 8 novembre 1988, date du débordement. Le point de débordement est situé à la cote 300 m environ, et le débit d’écouleinent rejoint la rivière Crusnes distante d’une centaine de mètres.

La réserve d’eau est estimée globalement à 2,5 Mm3. Entre novembre 1988 et novembre 1991, le débit moyen journalier de débordement a varié entre 5900 et 11900 m3/j.

c) Réservoir d’Errouville

Les serrements qui barrent les travers-bancs reliant les concessions .,Crusnes et Serrouville à la concession Errouville empêchent toute venue d’eau à partir des concessions situées à l’Ouest de la faille de Crusnes.

Du côté Est de la faille, la concession Errouville est située à l’aval hydraulique des concessions Butte cl Auinetz, et de la partie dc la concession Villerupt située à l’Est de la faille de Crusnes. En iioveinbre 1983, des serrements ont été mis en place entre la concession Aunietz et celle d’Errouville. Les eaux provenant du Nord de la concession Auinetz, ainsi déviées, s’écoulent vers la coiicession Ida-Amelie, puis vers l’albraque de la Paix en empruntant la galerie de Bassompierre (d’après les inforniations du dossier d’abandon de la concession Aunietz, cf. aussi la coupe de la planche 2). Là, les eaux sont pompées et exhaurées vers la Fenscli via le puits interne d’Havangc puis la galerie de la Paix.

P


Evaluation de /‘impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

L’exhaure principale par le puits III de la mine d’Errouville, qui rejetait ses eaux dans la Crusnes, a été arrêtée en octobre 1989. 11 s’en est suivi un ennoyage progressif de la mine jusqu’à la cote 2013 m, à partir de laquelle un débordement se produit sur la concession Ida-Amelie, les eaux cheminant ensuite jusqu’à la salle des pompes de Tressange (d’après le dossier d’abandon de la concession Enouville). Là, les eaux sont exhaurées par la galerie Charles vers Le Veymerange (petit affluent de la Moselle), 11 est aussi très probable qu’tine partie des eaux de débordement du réservoir d’Errouville se dirige vers I’albraque de la Paix via la galerie de Bassompierre, comme les eaux provenant du Nord de la concession Aumetz.

Un réservoir d’environ 2,7 Mm3 s’est ainsi constitué dans la concession Errouville. De novembre 1983 ii octobre 1989, le débit d’exliaure moycii mensuel, que l’on peut considérer comme donnant une bonne image du débit de débordement actuel, a varié entre 3400 et 13600 m3/j, pour une moyenne de 7300 m3/j (données tirées du fichier des débits moyens mensuels d’exliaure de l’Agence de l’eau Rhin-Meuse).

d) Albraque de la Paix

Ce petit réservoir de 300 O00 m’, situé en partie basse du réservoir nord, reçoit les eaux des concessions situées en amont, et en particulier les eaux provenant des concessions Villerupt (partie située à l’Est de l a faille de Cnisnes), Aumetz et Enouville (au moins en partie).

De 1982 à 1999, le débit d’exliaure moyen mensuel a varié entre 1800 m3/j et 169800 m3/j (Données extraites du dossier d’abandon ARBED), pour une moyenne de 56700 m3/j.

e) Futur réservoir nord

Si les exhatires du bassin nord sont arrêtées (date prévue initialement i la fin de 2002 ou au début de 2003), l’eau d’ennoyage remplira en 21 mois environ (calcul ARBED) un volume de 52,6 Mm3. Le dkbordement s’effectuera par le puits d’Havange et la galerie de la Paix, à la cote 207 m. Le réservoir nord eiiglobera alors I’albraque de la Paix et le réservoir d’Errouville (puisque ce dernier déborde à la cote 201,s m : cf. coupe de la planche 2).

Le débit moyen mensuel d’alimentation de ce réservoir variera entre 36500 m3/j et 316200 m3/j, pour une moyenne de 101000 m3/j (calcul effectué à partir des données du fichier des débits moyens mensuels d’exliaure de l’Agence de l’eau).

3.3.4 Circulations d’eau souterraine dans les calcaires du Dogger

a) Directions générales d‘écoulement

Sur un plan général, les relations hydrauliques existant entre les différents horizons aquifères calcaires et la foniiation fenifére ont été décrites au paragraphe 3.2.1 (contexte stratigraphique). Au niveau du point de rejet éventuel dans la faille de


Evaluation de l’impact sur /es eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Cnisnes, seul le calcaire à polypiers du Bajocien moyen affleure, coniine le montre la coupe de la planche 1,

On est donc amené i considérer uniquement les circulations dans le complexe calcaire ou marno-calcaire du Bajoeien inférieur et moyen, mais en prenant en compte ses relations avec la fonnation ferrifère sous-jacente, puisque la couche des marnes micacées qui séparait les deux aquifères avant l’exploitation minière est plus ou moins déstructurée selon les secteurs. Ce complexe inarno-calcaire est épais de 80 à 100 m, et comprend de liaut en bas le calcaire corallien (dit aussi (( à polypiers D, épais de 60 il 80 m), puis le calcaire du I-Iaut-Pont, et enfin le niarno-calcaire d’Ottange (20 in d’épaisseur environ).

La définition des écoulements dans les calcaires du bajocien moyen et inférieur nécessite la connaissance en un nombre de points suffisants du niveau piézométrique de l’aquifère. Or, peu d’informations sont disponibles. On sait qu’à l’aplomb des exploitations minières non encore ennoyées, la nappe du DoEger a pratiquement disparu, car elle est drainée par les travaux miniers et rabathie jusqu’au niveau du toit des marnes micacées. Dans ces secteurs, les circulations sont essentiellement verticales descendantes. Après s’être infiltrée dans le sol (s’il existe), une partie de l’eau de pluie circule rapidement par les fractures les plus ouvertes, l’autre partie circulant plus lentement par les fissures fines et les pores du calcaire. La nappe se reconstitue à mesure que l’on s’éloigne des travaux miniers (drainage de moins en moins important), d’une façon qu’il est difficile de prévoir.

Après ennoyage, un nouvel équilibre se crée : un réservoir minier se constitue, et l a nappe des calcaires du Bajocien se reconstitue. Son niveau n’est pas le niveau d’origine (ce niveau d’origine est d’ailleurs généralement inconnu du füit de l’ancienneté de l’exploitation minière). Là encore, les informations manquent. Les seules cartes piézométriques disponibles datent de 1976 (Maubeuge, 1976 ; Ramon, 1976), alors qu’aucun des réservoirs Godbrange, Serrouville, ou Errouville n’était encore ennoyé. On peut cependant avoir uiie indication de la direction générale d’écoulement dans les calcaires en traçant uiie carte structurale de la base de l’aquifère. On a considéré dans cette étude que le toit de la foniiation ferrifère (figure 1 et planche 1) donne une bonne image du toit des marnes micacées, qui constiliient le substratum étanche ou seini- perméable (après ennoyage des réservoirs) des calcaires du Bajocieii.

On peut donc penser que les principales directions d’écoulement dans les calcaires sont orientées comme le pendage général du toit de la formation ferrifére, en direction du Sud-Ouest, sans que l’on puisse apporter plus de précisions sans faire uiie étude beaucoup plus détaillée (étude de la structure détailléc des calcaires, relevé des niveaux piézoniétriques, èiude des circulations karstiques).

b) Circulations karstiques

Les manifestations karstiques de surface, telles que la faille ouverte de Crusnes, ne sont pas rares dans les calcaires du Bajocien moyen et inférieur. Les vitesses des circulations karstiques souterraines associées i ces manifestations de surface peuvent être très élevées. Deux tests de traçages proches de I’emplacenient de l’éventuel point de rejet

22 Rapport ERG M/RP-50 777-FR

Evaluafion de /’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupf (54) dans la faifle de Crusnes

ont été réalisés en 1973, dans le cadre des travaux du service régional de I’aniénageinent des eaux de Lorraine (description dans Clinlumeau et al., 1975 ; localisation sur la carte hydrogéologique Longwy / Audun-le-Roman, Maubeuge, 1976) :

* Perte des égouts d’Errouville dans la vallée de la Crusnes : le 21 novembre 1973, 10 kg de fluorescéine ont été injectés dans la perte. Des charbons se sont révélés positifs après 24 11 dans la mine de Senouville, Ù l’Ouest et Ù l’Est de la faille de Cnisnes.

Perte des égouts d’Aumetz dans iri vallée de la Pierreuse : le 30 mars 1973, 12 kg de fluoreseéiiie ont été injectés dans la perte. Le soir même, le réservoir d’eau potable de la mine de Bure (2000 m3) était coloré.

3.4 EXPLOITATION DES EAUX SOUTERRAINES

On trouvera en annexe 1 la liste des captages destinés à l’alimentation en eau potable ou industrielle (AEP - AEI), exploités ou susceptibles de l’être, situés en aval hydranlique de l’emplacement du point de rejet évenhiei des eaux pluviales dans la faille de Crusnes.

I l existe 11 forages ou sources captant les eaux du Bajocieii moyen et inférieur, 4 puits ou galeries captant l’eau des réservoirs miniers ennoyés, et 3 puits non exploités actuellement qui pourraient capter l’eau du futur réservoir nord.

Ces points de captage sont situés sur les figures 1 et 2, ainsi que sur la planche 3 (annexe 4). Les périmètres de protection de ces captages, lorsqu’ils existent ou sont envisagés, ont été tracés sur la figure 1 (données fournies par la DDAF 54).

3.5 CONCLUSIONS SUR LES DONNEES NECESSAIRES A L’EVALUATION DES INCIDENCES DU PROJET

Les incidences du projet sur la ressource en eau (9: 4 du dossier de déclaration) ont été évaluées par le pétitionnaire sur la base de données incomplètes et parfois erronées (9: 4.1).

Ainsi, les eaux pluviales infiltrées au niveau de l’éventuel point de rejet dan; la faille de Cnisnes pourraient effectivement atteindre la salle des pompes de Havange (albraque de la Paix). Mais le volume de ce réservoir n’est que de 0,3.106 m3, au lieu des 20.106 in3 annoncés dans le dossier. Le volume du futur réservoir nord, quant i lui, sera de 52,6.106 m3. Les calculs d’évaluation de l’incidence qui découlent du volume pris en compte dans le dossier sont donc faux.

D’antre part, le dossier n’envisage pas la possibilité que des écoulements puissent se produire vers d’autres réservoirs miniers actuellement ennoyés, exploités ou susceptibles de l’être (Godbrange, Serrouville, Errouville), ni vers des captagcs AEI’ exploitant l’eau du Dogger.

,


Evaluafion de I’impacf sur /es eaux souterraines du rejet d’une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Or, en l’absence d’informations supplémentaires, on ne peut pas écarter la possibilité que chacun des captages AEP listés en annexe 1 puisse être atteint par des eaux infiltrées au niveau du point de rejet éventuel dans la faille de Crusnes : tout dépend 1) de l’importance de la déstructtiration de la couche de marnes micacées induite par les travaux miniers proches, et 2) de la direction des écoulements karstiques.

En ce qui concerne le premier point, la position précise du point de rejet éventuel d’eaux pluviales dans la faille de Crusnes est reportée sur un extrait du plan des servitudes minières dti POS de Villerupt et de Tliil (annexe 5), ainsi que sur un extrait du dernier plan d’exploitation des mines La Paix -Bassompierre - Puits Aumetz (annexe 6) . On peut constater que Ic point de rejet se situe en bordure de la concession Villerupt, au niveau de la lèvre supérieure de la faille de Crusnes, & proximité de zones dépilées des concessions Crusiies et Villerupt (ces zones sont sigiialécs sur le plan par des polygones dont la bordure intérieure est grisée ou noircie). Les eaux pluviales rejetées dans la faille (ou au inoins une partie de ces eaux) sont donc susceptibles d’atteindre rapidcinent les réservoirs miniers proches, ii l’Est (Enouville) comme à l’Ouest dé la faille de Crusnes (Godbrange), puis de la les réservoirs plus éloignés, par circulation dans des travaux miniers (albraque de La Paix et futur réservoir nord), ou après circulation dans les calcaires du Bajocien (Senouville).

La direction des écoulements karstiques ne peut être connue que par la réalisation d’un test de traçage, incluant le suivi sur une longue période de tous les points pouvant être atteints par le traccur. Si la totalité des eaux de pluie rejetées n’atteignent pas les réservoirs miniers i la faveur des fractures liées aux travaux miniers, elles circuleront probablement en suivmt le pendage général des cotiches, parfois rapidement dans des conduits karstiques, d’abord jusqu’aux captages les plus proches (Sources de la Vacherie et des Allemands, forages cominunal de Bréhain).


Evaluation de t’impact sur /es eaux souferraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

. Evaluation de l’impact du rejet d’eaux pluviales sur les eaux souterraines

4.1

D’après le dossier de déclaration, <( compte tenu du caractère exclusivement pluvial des eaux rejetées et de leur intermittence, la qualité de l’eau de la nappe sera améliorée par rapport i la situation actuelle B (9 4.1). Plusieurs dispositions ont été envisagées par le pétitionnaire pour éviter une pollution des eaux souterraines par les eaux pluviales :

CONTENU DU DOSSIER DE DECLARATION

- a un bassin de pollution de 80 m3 permettant de stocker le volttine du premier flot de rinçage du réseau >) ( 5 3.2) ;

- (( un dessableur / désliuileur permettant d’éliminer les sables avant infiltration dans la faille )> ( 5 3.2) ;

- ce dernier, d’une capacité de 25 ni3, étant << muni d’une cloison siphoïde permettant la retenue des hydrocarbures >) (9 4.4).

Le débit annuel infiltré dans la faille (36000 in3) est considéré comme ayant pcti d’influencc sur le volume d’eau stocké dans les mines ennoyées, ptiisqu’il n’en représenterait qu’une très faible proportion (O,IS % de 20 000 000 m3 selon le dossier). Le dossier de déclaration conclue donc : (( l’infiltration projetée des eaux pluviales est sans incidence sur la ressource en eau )) ( 5 4.1).

4.2 EVALUATION DU RISQUE DE POLLUTION DES EAUX SOUTERRAINES

Dans la suite du texte, on ne chercliera pas a évaluer de façon quantitative le risque de pollution des calcaires du Bajocien, par manque de données et de connaissances sur les directions et les vitesses de circulation des eaux souterraines. Pour le$ réservoirs miniers, les calculs prévisionnels de concentration en polluants sont effectués pour chaque réservoir indépendamment des autres, en faisant I’hypothése que tout le volume d’eaux pluviales infiltré dans la faille rejoint un réservoir ininier seulernent,

4.2.1 Pollution des eaux souterraines par temps sec

Par temps sec, la pollution des eaux souterraines serait nulle, puisque aucun rejet ne serait effectué jusqu’à un débit critique conservé de 70 Us, a condition que le déversoir soit entretenu et fonctionne correctement.


Evaluation de /’impact surles eaux souterraines du rejet d‘une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

4.2.2 Pollution chronique des eaux souterraines par temps de pluie

De manière générale, les eaux de pluie en zone urbaine sont polluées lors de la traversée de I’atmosptière, puis lors du ruissellement sur le bassin versant, et enfin lors de l’écoulement en réseau d’assainissement. Les solides constituent le principal veetcur de la pollution des rejets urbains par temps de pluie : à l’exception de l’azote Kjeldal, plus de 80 % de la pollution est fixée sur les particules solides de taille supérieure à 0,45 pm (Tassin et Cliebbo, 2000). Ce résultat est encore plus inarqué pour les mieropolluaiits.

Des études nienées aux Etats-Unis et en Europe, depuis une vingtaine d’années, montrent que la quantité moyenne annuelle de la pollution véhiculée par les eaux pluviales et rejetée dans le milieu naturel est comparable (en ordre de grandeur) à celle des rejets urbains après lraitenient (OTV, 1994). Les quantités moyennes rejetées de inatières en suspensioii et de inieropolluants (métaux lourds entre autres) sont même généralement très supérieures (de 1 ou 2 ordres de grandeur). Plus précisénierit, on observe que (Tassin et Chebbo, 2000) :

- Le rapport entre la masse annuelle de pollution rejetée par temps de pluie par les réseaux d’assainissement urbains et celle rejetée par les stations d’épuration varie entre 0,6 et 10 pour les matières en suspension (MES), entre 0,2 et 7 pour la demande chimique en oxygène (DCO , et entre 0,2 et 3,5 pour la demande biologique en oxygène à 5 jours (DBOs) . Le rapport des niasses rejetées au cours d’événements pluvieux assez importants (période de retour de 6 mois à 1 an) aux quantités rejetées en 1 jour, par une station d’épuration, est plus impressionnant. Il varie entre 5 et 156 pour les MES, entre 2 et 250 pour la DCO, et entre 1 3 et 63 pour la DB05.

1’ -

Les résultats seraient encore plus défavorables pour d’autres indicateurs comme les métaux lourds et les hydrocarbures, présents à des concentrations beaucoup plus fortes dans les eaux de ruissellement que dans les eaux tisées domestiques et industrielles.

Pour limiter l’impact de cette pollution, le dossier dc déclaration fait appel à la notion de (( premier flot D, qui suppose que la première fraction du volume écoulé contient la plus grande part de la pollution transportée au cours d’un événement pluvieux. Cependant, les études réalisées à ce jour montrent que le phénolnéne de premier flot Bst rare, trop rare pour pouvoir établir à partir de son existence une stratégie efficace de lutte contre la pollution des rejets urbains par temps de pluie (Tassin et Cliebbo, 2000).

’ DCO = demande chimique eii oxygCne : inesitre g1ob;ile de lii teneur en matières organiques des eoux résiduaires, indirectement par la mestire de la consommation eii oxygène lors de l’oxydation de la inaiiCrc organique par du bicliromatc de poiassium, 6 cliiiud ci ci1 milieu acide (expriiiiée en ind i d’O2).

‘ DBOs = deiniinde biologique eii oxygèiie i 5 jours : mesure globale de la teneur ci) matières organiques des caux résiduaires, indirectement par la nicsure de la consommation en oxygène lors de I’oxydaiion de la matiCre orgaiiique par des microorgmismes, pendant 5 jotirs à 20 OC (exprimée en m d i d’O2).

26 Rapport BRGMiRP-50777-FR

Evaluation de /‘impact sur les eaux souterraines du rejet d’une parfie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Ainsi, contrairement à ce qui est parfois admis, l’interception et le traitement du premier flot ne suppriment pas systématiquement la plus grande partie de la pollution ehroniquc des eaux pluviales. Les fortes concentrations initiales, quand elles existent, ne sont pas toujours associées, en effet, à de forts débits. L’interception de la pollution ne peut être réellement efficace que si l’on raisonne en terme de flux de pollution. Des flots moyennement concentrés mais à trés forts débits peuvent représenter, en très peu de temps, une quantité importante de pollution.

L’ordre de grandeur de la contamination ehroniquc induite par le rejet d’eaux pluviales dans la faille de Crusnes a pu être calculé. Le calcul est basé sur la connaissance du domaine de variation des masses annuelles totales de polluants véhiculécs par les eaux pluviales (par ha de surface du bassin versant), pour 6 sites unitaires de surface variant entre 8 et 4600 ha. Les données proviennent d’une base de données sur la qualité des rejets urbains par temps de pluie constituée au CERGRENE, avec l’aide financière de l’Agence de l’eau Seine-Normandie (Tassin et Chebbo, 2000).

On commence donc par calculer l’ordre de grandeur des concentrations moyennes annuelles en MES, DCO et DBOs des eaux pluviales qui seront rejetées dans la faille de Crusnes, d’après les données de la base CERGRENE (tableau 2). Puis on calcule, pour chaque réservoir minier, l’ordre de grandeur des concentrations moyennes annuelles en MES, DBOs et DCO, en régime permanent de fonctionnement du réservoir, par dilution du volume d’eau pluviale infiltré chaque année (36000 m3, ef. dossier de demande d’autorisation) dans le volume d’eau total qui traverse le réservoir minier chaque année (tableau 3).

Dans les réservoirs Godbrange, Serrouville et Errouville, les concentrations calculées varient de 1,3 à 6,7 mg/l les MES ; de 0,9 à 2,3 pour la DBOs ; et de 1,2 à 6,4 pour la DCO. Les concentrations calculées pour I’albraque de la Paix et le futur réservoir nord sont 5 à I O fois plus faibles, car leur bassin d’alimentation est beaucoup plus étendu : la dilution des eaux pluviales par de l’eau non polluée est donc beaucoup plus importante.

On peut comparer la DCO calculée aux mesures d’oxydabilité’ effectuées récemment dans les réservoirs Godbrange, Serrouville, Errouville, et Albraque de la Paix :

- Godbrange (2000) : 0,56 ing/l.

- Serrouville (1998 - 2000) : 0,04 a 0,67 mp/i ; 0,33 mg/i en moyenne (5 analyses).

- Errouville (1991) : 0,2 à 0,38 ing/l ; 0,29 mg/l en moyenne (2 analyses).

- La Paix (1997 - 1999) : 0,03 à 0,8 mgil ; 0,33 mg/l en moyenne (3 analyses).

Oxydaùiliié : mesure globale de la teneur en niatières orgziniqiies des eat~x potables, indirectement par la mesure de la consommation en oxygkne lors de l’oxydation de la maticre organique par du pcmünganate de potassium, i chaud et cil milieu acide (exprimée en m d l d’Oz).

Rapporl BRGM/RP-50777-FR 27

Evaluaiion de /’impact sur les eaux souterraines du rejet dune pariie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Ainsi, aprés la mise en service du rejet d’eau pluviales dans la faille de Cntsnes, la teneur en matières organiques dans les réservoirs Godbrange, Serrouville et Enouville serait en moyenne 2 à 20 fois supérieure à la teneur actuelletnent observée. A I’albraque de la Paix, la concentration en matiéres organiques provenant des eaux pluviales infiltrées serait du mênie ordre de grandeur que la concentration déjà observée (oxydabilité de 0,2 à 0,8 mgil pour une DCO moyenne calculée de 0,33 ingll).

On peut rappeler que pour les eaux souterraines brutes, la valeur limite de qualité (décret du 3 janvier 1989) pour la DCO est de 10 mg/l d’O?, et 5 mgll pour les eaux distribuées : on reinarque quc Ics valeurs calculées restent toujours au moins 2 fois inférieures (en moyenne annuelle) à cette limite.

4.2.3 Pollution accidentelle des eaux souterraines par temps de pluie

En 1977, l’Agence financière de bassin Rhin-Meuse a fait réaliser une étude des moyens à mettre en Deuvre pour assurer le protection des eaux potables cap’tées au droit du tracé de l’autoroute B31, qui devait passer au droit des travaux miniers du bassin nord (il s’agit de l’actuelle autoroute A30, qui devient la N52 à partir du village de Bassompierre) (Coyiic et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils, 1977).

En 1978, la DDE 57 faisait réaliser une étude complémentaire destinée à établir un avant-projet sommaire d’assainissement, prévoyant la lutte contre la pollution (Coyne et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils, 1978).

L’étude de 1977, à caractère métliodologique, distinguait 3 types de sources de pollution : une pollution chronique, liée directement au traffic ; une pollution saisonnière, due au salage hivernal ; et enfin une pollution accidentelle dont l’origine est l’épandange sur la chaussée ou les bas-côtés de matières polluantes à la suite d’un accident de Ici circulation.

Ce dernier risque de pollution était considéré comme proportionnel au trafic des matières polluantes, et concernait en majorité des produits pétroliers. Les auteurs de l’étude, tout en reconnaissant qu’il est particulièrement difficile de prévoir l’incidence d’un déversernent accidentel en milieu fissuré ou karstique, proposaient un scéiiario d’accident et en calculaient les conséquences à titre d’exemple. Ils supposaient le déversement d’un camion de 20 tonnes d’hydrocarbures, et calculaient I’inci&nce sur la qualité des eaux d’exhaure et de source suivant les deux Iiypotliéses suivantes :

- Ill00 seulement des hydrocarbures (200 kg) se retrouve à I’exhaure aprés avoir circulé rapideineni dans les fissures ci chenaux karstiques, sur une durée de 48 heures et en période d’étiage,

- un quart des hydrocarbures se retrouve aux points d’extiaure, aprés avoir circulé lentement, sur une durée de un an, en année séclie.

Eii considérant les débits d’étiage des exhaures sur la période 1970- 1973 diminués de I O % (estimation du débit d’étiage mensuel décennal), les auteurs pouvaient calculer les concentrations maximales atteintes aux exliaures. Ce calcul, réactualisé dans l’étude de

Rappori BRGM/RP-50777-FR 29

Evaluation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

1978, montre que les concentrations en hydrocarbures des exhaures des mines Crusncs- Errouville et La Paix-Bassompierre auraient atteint respectivement 15,4 mgil et 10,l nidl pendant les 48 li de la circulation rapide, puis 1,2 mg/l pendant 1 an lors de la circulation lente. Ces chiffres sont à comparer aux nomes de qualité en vigueur pour l’eau destinée à l’alinientatioii humaine : 0,01 m d l (décret du 3 janvier 1989) ; ou i la nome de qualité pour l’cati destinée à être potabilisée : 1 m d l (mèine décret).

Ainsi, selon ce scénario d’accident, toutes les ressources en eau du bassin nord auraient été totalement iiiexploitables pendant 1 an.

Le même principe de calcul a été appliqué ici, avec un scénario modifié pour tenir compte des caractéristiques du projet (rejet dans la faille de Crusnes) et de l’ennoyage des réservoirs. Le nouveau scénario est bati conformément aux conditions de réalisation d’un accident majorant (Martin et Roux, 2000), en conservant le maximum de points cornnitins avec les études de 1977 et 1978, à des fins de eoniparaison.

Ainsi, on suppose qu’un camion de 36 t d’hydrocarbures se renverse dans le périmètre dii bassin versant des eaux pluviales de la station d’épuration de Villerupt, dont 20 t seulement sont déversés dans le réseau d’assainissement (le reste étant retenu oti intercepté). L’accident se produit en période d’étiage, lors d’une pluie d’orage de fréquence de retour décennale (selon le dossier de déclaration, cette pluie a une durée de 4 h, et le volume infiltré dans la faille est de 1500 m3). Les volumes d’hydrocarbures impliqués dans la pollution des réservoirs miniers se répartissent comme suit :

- la majeure partie du pollttant, soit 15 t environ, est retentie soit par le déeanteur- déshiiileur (12 t maximum, ef. plan et coupe de l’ouvrage), soit par la roche aprés son injection dans la faille ( 3 t environ).

U100 des hydrocarbures (200 kg) se retrouve rapidement à I’exliaure ou au débordement des réservoirs, après avoir circulé rapidement &ins les fissures, les chenaux karstiques et les galeries ennoyées, sur une durée de 48 heures.

- un quart des hydrocarbures (5 t) est totalement dilué dans le voluine des réservoirs, puis est évacué au rythme du renouvellenient naturel de l’eau des réservoirs.

-

Les concentrations atteintes aux extitoires des réservoirs miniers selon ce scénario ont été caleulées dans le tableau 4. On petit prévoir qu’une ou plusieurs ressources en eau très importantes seraient rendues durablement inexploitables en cas de pollution accidentelle : tnênie le futur réservoir nord, dont le volume est le plus important (52,6 millions de in3), présenterait une concentration en hydrocarbures 10 fois supérieure à la norme de potabilité pendant presque 3 ans.


Evaluation de l‘impact sur les eaux souterraines du rejet d‘une partie des eaux pluviales de Vilferupt (54) dans la faille de Crusnes

n’est pas suffisant pour juger de l’absence d’impact du projet sur la qualité des eaux souterraines. Seules de nombreuses mesures de la qualité des eaux pluviales, dans différentes conditions hydrologiqucs (étiage, pluies de différentes périodes de reiour), pourraient en attester.

Le fait que le volume annuel infiltré dans la faille ne représente que <( 0, 18 % du voltinie d’eau stocké dans les niines ennoyées )) (chiffre d’ailleurs faux, cf. tableau 1) est aussi un argument contestable. En effet, un calcul très simplifié montre qu’après dilution dans les réservoirs ennoyés, la concentration moyenne en matières organiques provenant des eaux pluviales infiltrées dans la faille serait au moins du inême ordre de grandeur que la concentration déjà observée (albraque La Paix), et pourrait être jusqti’à 20 fois supérieure (réservoir Errouville). Un véritable calcul prédictif devrait être réalisé, basé là encore sur la connaissance détaillée de la qualité des eaux pluviales rejetées, dans différentes conditions et pour les principaux polluants.

Enfin, l’impact d’une éventuelle pollution accidentelle n’a pas‘ été envisagé par le pétitionnaire. Un calcul simple montre que compte tenu des dimensions du déshuileur, un déversement accidentel de 20 t d’hydrocarbures dans le réseau d’assainisseiiient impliquerait l’infiltration dans la faille de quelques tonnes de polluant, avec pour conséquence une pollution importante et durable d’une ou de plusieurs ressources en eau potable de la région.

4.3 EFFICACITE DES MESURES COMPENSATOIRES ENVISAGEES

Du fait de la dominance de la pollution véhiculée par les particules solides, l’une des armes dans la lutte contre la pollution apportée par les eaux pltiviales est constituée par les ouvrages de décantation. Pour dimensionner les capacités de traitement, on peut se référer à trois critères (Tassin et Chebbo, 2000) :

- les masses polluantes rejetées sur de longues périodes (un cycle annuel par exemple), significatives vis-à-vis des effets cumulatifs ;

les masses polluantes rejetées i l’occasion des évéiiernents les plus cliargés, significatives vis-à-vis des effets de choc immédiats ;

- la fréquence des rejets résiduels plus on moins importants.

-

Une estimation des volumes et des débits à traiter est fournie par Tassin et Cliebbo (2000), pour des bassins versants pluviaux strictcinents séparatifs de quelques dizaines d’hectares au inaxinium : - le traitement efficace de la pollution annuelle (impact cumulatif) néeessite des

volumes de 100 ni3/ha imperméabilisé (cas d’ouvrages à dominante stockage- décantation) et des débits de 15 ii 20 lisilia imperméabilisé (cas d’ouvrages de traitement au fil de l’eau).

- le traitement des événements les plus critiques (effet de choc) nécessite des voluines de 200 in3/ha irnperméabilisé et des débits de 75 I/s/ha imperméabilisé.


Evaluafion de l’impacf sur les eaux souterraines du rejet d‘une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

- la réduction de la fréquence des événements les plus critiques est satisfaisante avec des volumes de 200 m3/lia imperméabilisé et des débits de 40 lisllia imperméabilisé.

Des études sont en cours sur des réseaux unitaires pour analyser dans quelle mesure ces résultats peuvent leur être transposés. <( Il est cependant douteux que les ordres de grandeur des volumes et des débits à traiter puissent être réduits de maniére significative (Tassin et Chebbo, 2000) D.

A titre d’exemple, le dimensionnenient de deux ouvrages de protection des eaux souterraines vis-à-vis des pollutions chronique, saisoniiiére et accidentelle véhiculée par les eaux pluviales de l’autoroute 831 est donné ci-après (Coyne et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils, 1978 ; étude réalisée pour la DDE 57). Les deux points de rejet des eaux pluviales devaient être équipés chacun d’un décanteuridésliuileur et d’tili bassin de stockage dont le débit de ftiite devait se déverser dans la rivière Crusnes :

- bassins versants : surface = 6 et 2 3 ha ; débits de pointe = 1000 I/s et 450 1,’s.

- décanteurs (diiiiensioiiiieinent pour une pluie décennale) : surface = 360 et 165 ni2 ; profondeur = 2,5 m ; volunie = 900 et 412,s m3 ; volume par lia imperméabilisé =

- bassins de stockage (dimensionnenient pour une pluie décennale) : volume = 1500 et 625 m3 ; débit de fuite = 10 I/s ; vidange complète en l’absence de pluie pour jouer un rôle de stockage d’une pollution accidentelle.

I 50 et 165 m3/11a.

La comparaison de l’ouvrage prévu pour le traitement des eaux pluviales rejetées dans la îaille de Crusnes et des données de la littérature montre a priori l’insuffisance du diniensionnement du projet, sauf s’il est possible de Ic justifier par une qualité adéquate des eaux pluviales. Le dimensionnement du projet cst le suivant :

- bassin versant : surface = 4,14 ha ; débit de pointe = 500 I/s ; - décanteur (diinensionnement pour une pluic décennale) : surface = 23 m2 ; volume =

25 m3 ; volume par ha imperméabilisé = 6 m3 ; - bassin de stockage : volume = 80 m3.


Evaluation de l'impact sur les eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes


Evaluation de l’impacf sur /es eaux souterraines du rejet d‘une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Le projet d’infiltration d’eaux pluviales dans la faille de Crusnes est localisé à I’aplonib ou à proximité immédiate de ressources en eaux souterraines importantes et vulnérables :

- l’aquifère des calcaires du Dogger, localement karstifié,

- les réservoirs miniers ennoyés (ou susceptibles de l’être).

Dans l’état actuel des connaissances, on peut estimer que l’impact du projet sur la qualité des eaux souterraines serait significatif du point de vue de la pollution chronique apportée par les eaux pluviales, et menacerait gravement et ii long ternie une ou plusietirs ressources en cas de pollution accidentelle.

Le projet devrait donc être modifié de façon à minimiser voire annuler cct impact :

il est hautement souhaitable de ne pas infiltrer directement les eaux pliiviaies dans la faille de Crusnes : d’une manière générale, il est toujours préférable de laisser s’infiltrer les eaux naturellement à travers une épaisseur suffisante de sol végétalisé et de roche non saturée, afin de ralentir la progression d’éventuels polluants, et de favoriser une certaine autoépuration des eaux daiis un milieu aéré.

Les ouvrages de traitement des eaux pliiviales devront être dinicnsionnés en relation avec le risque de pollution chronique et accidentelle des ressources en eau souterraine. On pourra prendre comme exemple le schéma et le dimensionnenient des ouvrages de traitement des eaux pluviales de l’autoroute 831 (Coyiie et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils, 1978 ; étude réalisée pour la DDE 57) : l’installation pourrait être constituée d’un décanteur/désliuileur déversant ses eaux dans un bassin de stockage au faible débit de fuite. Pour respecter la recommandation précédente, le débit de fuite ne devrait pas être injecté dans la faille, mais être épandu ou pompé vers le réseau d’assainissement de Villerupt.

O

Rappoii BRGM/RP-50777-FR 35

Evaluafion de /’impact sur /es eaux souferraines du reief d’une parlie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes


Evaluation de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la failie de Crusnes

Bibliographie

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Coyne et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils (1977) - Protection de la nappe du Dogger contre les risques de pollutioii en provenance de l’autoroute 831. Etudes d’impact des autoroutes sur la qualité des Caux souterraines. Rapport Agence financière de bassin Rhin-Meuse, 51 p., 17 tabl., 3 am., 1 carte.

Coyne et Bellier, Bureau d’Ingénieurs Conseils (1978) - Déviation Crusnes-Aunietz. Protection de la nappe du Dogger. Rapport Direction’ Départeinciitale de I’Equipement de Moselle, 40 p., 7 tabl.

Guillaume M., Jcandcl G., De Mautort J., Castany G. (1960) - Inventaire des ressources hydrauliques du bassin lorrain. Le bassin de Longwy. Données hydrogéologiques acquises A la date du 16 mai 1960. Rapport BRGM A 1641,79 p., 9 fig., 7 ann.

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OTV (1994) - Dépolluer les caux pluviales, contribution A l’élaboration ci’tiiic stratégie. Ouvrage collectif. Lavoisier TEC Sr DOC, 300 p.

Ramon S. (1987) - Schéma de restructuration des exliaures des mines de fer; Actualisation de février 1987. Rapport Agence de l’eau Riiin-Meuse, 24 p.. 9 fig., 3 ann.

Tassin B., Cliebbo G. (2000) - Qualité des rejets urbains de temps de pluie. Cours d’hydrologie urbaine publié sur Internet, CEREVE, Ecole nationale des ponts et chaussées.


Evaluation de /'impact sur les eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Liste des annexes

Axinexe 1 : Liste des points d'aliinentatioii eii eau potable (AEP) exploités ou exploitables situés à l'aval liydra~iliqtie du point de rejet des eaux pluviales dans la faille de Crusnes.

Annexe2 : Coupe n"1 nord-ouest / sud-est du bassin nord à travers la faille de Crusnes, passant par le poiiit de rejet des eaux pluviales.

Annexe 3 : Coupe n"2 nord-ouest / sud-est du bassin nord, de la faille de Crusnes 6 la galerie de la Paix.

Annexe4 : Carie altimétrique et vue 3D du toit de la foimatioii ferrifére du bassin nord.

Annexe 5 : Plan des servitudes minières du POS de Villerupt 'et de Tliil (plan au i/5O0OSmc valable au 1/01/1976).

Annexe 6 : Plan d'exploitation des mines La Paix -Bassompierre -Puits Aumetz (plan d'ensemble des travaux en couches calcaire et siliceuse du 1/12/1982, au i /5ûOû""').


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Evaluafion de l’impact sur les eaux souterraines du rejet d’une partie des eaux piuviaies de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Annexe 1 :

Liste des points d ’alintentation eit eau potable (AEP) exploités ou exploitables situés à l’aval hydraulique du poiizt de rejet des eaux pluviales dans la faille de

Gstrsizes


c

Evafuafion de /'impact sur les eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pfuviales de Viiierupt (54) dans la faifie de Crusnes

Annexe 2 :

Coiipe n O1 nord-ouest /sud-est du bassin nord à travers la faille de Crusnes, passant par lepoiiit de

rejet des eaux plicviales


Evaluation de l'impact sur les eaux souterraines du rejet d'une parfie des eaux pluviales de Viflerupt (54) dans /a faille de Crusnes

nnexe 3 :

Coupe n02 nord-ouest/sud-est du bassin nord, de la faille de Crusizes 6 la galerie de la Paix


Evaiuation de l'impact suries eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pluviales de Villerupt (54) dans la faille de Crusnes

Caste altintétrique et vue 3 0 du toit de lu formation ferrij2se du bassin nord


Evaluafion de /'impact sur /es eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pfuviafes de Villerupt (54) dans /a faille de Crusnes

Annexe 5 :

Plan des servitudes minières du POS de Villerupt et de Thil (plan au 1/5000fft1" valable au 1/01/1976)


Evaluation de /'impact sur les eaux souterraines du rejet d'une partie des eaux pluviales de Viilerupt (54) dans la faille de Crusnes

Annexe 6 :

Plan d'exploitation des ittiizes La Paix - Bassoinpierre - Puits Auinetz (plait d'ensenible des

travaux en couches calcaire et siliceuse dit

1/12/1982, au 1/500Oè"'~.

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Rapport BRGMiRP-50777-FR

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