SYNDICAT MIXTE D'HYDRAULIQUE AGRICOLE DU RHONE

S.M.H.A.R»

Modélisation hydrodynamique de la

Plaine des Chères

- Faisabilité de captages d'A.E. agricole -

R.30314.RHA.4S/89 DECEMBRE 1989

par A. BARAT

et JC. BLIGNY

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL

Service géologique régional Rhône-Alpes 29, boulevard du 11-Novembre 1918 - B.P. 6083 - 69604 VILLEURBANNE CEDEX

Tél.: 78.89.72.02

SYNDICAT MIXTE D

- Modélisation

- Faisab

R.30314.RHA.4S/89

HYDRAULIQUE AGRICOLE

hydrodynamique de la

L1ité de captages d'A

DU

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RHONE -

line des

agricol

S.N.H.A.

Chères -

t _

par A.

R.

BARAT et J .C. BLIGNY

RESUME

Le Syndicat Mixte d'Hydraulique Agricole du Rhône (S.H.H.A.R.) souhaite développer à moyen terme

sa capacité de production en eau agricole par la réalisation de captages en bordure de Saône dans la

3 Plaine des Chères. Le débit recherché est de 1500 m /h sur une période comprise entre le 15 juin et

le 15 septembre, soit 3 mois par an.

Pour répondre à ce besoin, le Syndicat a confié au B.R.G.M. l'étude de faisabilité de ces captages

sous la forme d'une modélisation hydrodynamique de la nappe alluviale susceptible de les alimenter.

Deux sites ont été étudiés :

- Chamalan,

- La Petite Bordiere.

* Le site de Chamalan s'est révélé, dès les premières simulations, insuffisant pour un pompage de

1500 m3/h.

* Le site de La Petite Bordiere est par contre favorable. 3

Au stade de la modélisation en régime permanent, le débit de 1500 m /h recherché est assuré.

La configuration optimum est constituée par 8 puits de pompage alignés en bordure de Saône (25 m ) ,

espacés de 50 m entre eux. 3

5 puits alignés le long de la Saône permettent eux aussi d'obtenir les 1500 m /h recherchés.

Ces dispositifs n'occasionnent pas de rabattements supplémentaires sur le champ captant

d'Ambérieux, situé à proximité (450 m ) .

Les simulations, reprises en régime transitoire, ont permis de montrer que la recharge

s'effectuait en moins d'un mois après l'arrêt des pompages, quel que soit l'état de la nappe (année

sèche, année normale).

Là encore, aucun rabattement significatif n'est constaté sur le champ captant d'Ambérieux.

L'alimentation de la nappe captée sur le site de La Petite Bordiere est assurée pour les 2/3 par

la Saône, et pour 1/3 par la drainance du Pliocène.

Si la part d'alimentation par la Saône paraît démontrée, étant donné la quasi-absence de colmatage

de la berge, il serait par contre intéressant de pousser plus avant les reconnaissances au Pliocène

sableux de manière à mieux connaître sa recharge à long terme.

Réalisation de l'étude A. BARAT et J.C. BLIGNY

Dessin J.F. RIEUX

Outre le résumé, le présent rapport contient : 20 pages de texte, 1 tableau, 15 figures, 2 annexes

- 1 -

SOMMAIRE

Pages

1 - INTRODUCTION 4

2 - LES DONNEES DU PROBLEME 5

3 - MISE EN OEUVRE DU MODELE EN PERMANENT 6

3.1 - Données de base 6

3.2 - Exploitation du pompage SRAE : modèle plan vertical... 9

3.3 - Calage du modèle en permanent 14

4 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME PERMANENT 14

4.1 - Site de Chamalan 14

4.2 - Site de la Petite Bordiere 15

4.3 - Optimisation du dispositif de pompage 18

4.4 - Connaissance du Pliocène 19

5 - MISE EN OEUVRE DU MODELE EN REGIME TRANSITOIRE 20

5.1 - Méthode de travail 20

5.2 - Données de base du modèle transitoire 20

6 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME TRANSITOIRE 22

7 - CONCLUSIONS 24

- 2 -

- LISTE DES FIGURES -

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

Figure

2

3

4

5

6

7a

Figure 1 : Situation de la zone d'étude au 1/5000 et des points d'observation

hydrogéologiques utilisés.

Emplacement des champs captants et des périmètres de protection.

Epaisseur des alluvions sur la Plaine des Chères.

Epaisseur du Pliocène sableux sur la Plaine des Chères.

Modèle plan horizontal : maillage et codification du maillage.

Modèle plan vertical : maillage et codification du maillage.

Piézométrie observée et calculée, hypothèse avec drainance du

Pliocène.

Figure 7b : Piézométrie observée et calculée, hypothèse sans drainance du

Pliocène.

Figure 8 : Pompage sur le site de Chamalan : rabattements calculés.

Figures 9 - 1 0 - 1 1 :

Pompage sur le site de La Petite Bordiere : rabattements calculés

pour différentes configurations.

Figure 12 : Niveaux moyens mensuels de la Saône et du coteau utilisés pour le

modèle transitoire.

Figure 13 : Pluies efficaces utilisées pour le modèle en transitoire.

- 3 -

TABLEAUX

- Tableau 1 : Résultats des dispositifs de pompage testés en permanent... p. 16

ANNEXES

- Annexe 1 : Cône de rabattement dans l'axe du modèle plan vertical (pompage

SRAE 1988).

- Annexe 2 : Prélèvements mensuels sur les champs d'Ambérieux et Quincieux.

- Annexe 3 : Pluies efficaces et niveaux de Saône utilisés.

- 4 -

1 - INTRODUCTION

Le Syndicat Mixte d'Hydraulique Agricole du Rhône (S.M.H.A.R.) souhaite

développer à moyen terme sa capacité de production en eau agricole par la

réalisation de captages en bordure de Saône dans la Plaine des Chères. Le débit 3 «

recherché est de 1500 m /h sur une période comprise entre le 15 juin et le 15 septembre, soit 3 mois par an.

Pour répondre à ce besoin, le Syndicat a confié au B.R.G.M. l'étude de fai­

sabilité de ces captages sous la forme d'une modélisation hydrodynamique de la

nappe alluviale susceptible de les alimenter.

Cette modélisation devrait permettre de déterminer :

3 . la possibilité de pomper 1500 m /h au droit de la zone de captage (secteur

de berges situées dans le périmètre de protection éloigné des captages

AEP) ;

. l'implantation optimale des ouvrages et/ou des zones de captages, en nom­

bre et répartition ;

. le mode de captage le mieux adapté aux caractéristiques hydrodynamiques de

l'aquifère ;

. l'influence des prélèvements sur l'ensemble de l'aquifère en général et

sur les ouvrages de captages AEP situés à proximité en particulier.

Le présent rapport rend compte des travaux réalisés et des résultats obte­

nus .

- 5 -

2 - LES DONNEES DU PROBLEME

La Plaine des Chères telle que définie par le cadre de ce travail (figure 1)

est limitée :

- au Nord, par l'Azergues à Anse,

- à l'Est et au Sud, par la Saône,

- à l'Ouest, par les premiers reliefs (coteaux).

Elle est constituée par les alluvions récentes aquifères de la Saône. A

l'heure actuelle, deux champs captants fonctionnent sur la Plaine des Chères.

Ils sont situés à proximité d'Ambérieux d'Azergues (La Grande Bordiere) et de

Quincieux (Pré des Iles) et sont exploités aux fins d'AEP par le Syndicat Mixte

Saône-Turdine (figure 1). Autour de ces champs captants ont été définis des

périmètres de protection immédiats et rapprochés (figure 2).

En outre, existe entre ces deux champs captants une zone (La Sarrandière)

réservée par le Syndicat Mixte Saône-Turdine pour ses besoins à long terme.

Cette zone a fait elle-même l'objet d'une délimitation de périmètres de protec­

tion.

Les connaissances acquises sur le secteur (champs captants existants) lais­

saient à penser que pour les débits recherchés, les captages devaient être

situés en bordure de Saône de façon à bénéficier de la réalimentation induite

par la rivière. Dès lors, les secteurs disponibles pour les investigations

étaient limités à deux (figure 1) :

- La Petite Bordiere, situé en bordure de Saône, immédiatement au sud du

champ captant d'Ambérieux ;

- Chamalan, situé dans la boucle de la Saône, au nord-est de Quincieux.

Les pompages du nouveau champ captant ne devront pas perturber l'exploita­

tion des champs existants.

Les simulations de pompage réalisées à l'issue de la modélisation hydrodyna­

mique permettront de définir les conditions de faisabilité des nouveaux cap­

tages.

- 6 -

3 - CALAGE DU MODELE EN PERMANENT

3.1 - Données de base

3.1.1 — Origine des données . . .

Les données de base utilisées et les hypothèses de modélisation retenues

sont pour l'essentiel celles réunies lors d'une première modélisation de la

Plaine des Chères par le B.R.G.M. en 1983 (rapport 83 SGN 702 RHA).

Toutefois, quelques forages ont été réalisés depuis 1983 (pour l'essentiel

sur les champs captants) et le SRAE a réalisé en 1988 pour le SMHAR, en préli­

minaire à cette étude, un dispositif d'essai de pompage sur un des deux sites

pressentis (Petite Bordiere). Ce dispositif et les essais qui ont suivi avaient

pour but, outre de préciser les données géologiques et hydrogéologiques sur le

site, d'obtenir une meilleure connaissance du colmatage de la berge.

3.1.2 - Rappel de la géologie de la Plaine des Chères

- L'aquifère principal est constitué par les alluvions récentes sablo-grave-

leuses de la Saône. Leur épaisseur sur la zone d'étude, en moyenne de

10 m, est représentée sur la figure 3.

- En bordure de Saône, une couverture limoneuse s'étend sur les alluvions.

Dans ces secteurs, la nappe semble être semi-captive, alors qu'elle est

libre partout ailleurs.

- Les alluvions reposent directement sur le Pliocène, marneux sauf en deux

endroits :

. entre Anse et Ambérieux, perpendiculairement à la Saône, le Pliocène

est sablo-argileux sur des épaisseurs pouvant dépasser 20 m ;

- 7 -

. sur le Grand Veissieux, toujours perpendiculairement à la Saône, le

Pliocène est argilo-sableux sur une épaisseur de près de 6 m par

endroits.

L'épaisseur de ces deux formations sablo-argileuses du Pliocène est repré­

sentée sur la figure 4.

3.1.3 - Données hydrodynamiques retenues pour la modélisation

* Perméabilités :

Sur la base de la synthèse bibliographique et de la modélisation hydrodyna­

mique de 1983, les perméabilités utilisées pour simuler le comportement des

alluvions et du Pliocène sont les suivantes : _3

. K alluvions : 10 m/s -4

. K Pliocène : 10 m/s

* Substratum :

Le domaine a été simulé en monocouche avec drainance verticale du Pliocène

sablo-argileux dans les zones où il existe. Pour cela, ont été affichées sur

les mailles à Pliocène sableux :

. une cote piézométrique du Pliocène en charge, prise comme étant la

cote piézométrique de la nappe des alluvions : ceci correspond à une

hypothèse pessimiste mais allant de ce fait dans le sens de la sécu­

rité ;

. une transmissivité du Pliocène ;

. une transmissivité verticale de drainance, 10 fois plus faible que la

transmissivité horizontale (anisotropie 10).

- 8 -

* Limites latérales :

La Saône constitue la limite Est et Sud du domaine à modéliser. Sur les

mailles représentant la Saône, sont affichées :

. une cote de la rivière, potentiel constant ;

. une transmissivité des alluvions situées sous et autour de la Saône ;

. une transmissivité verticale représentative du colmatage des berges

(un colmatage nul équivaut à une transmissivité verticale équivalente

à la transmissivité des alluvions, à 1'anisotropic près).

L'Azergues, qui constitue la limite nord du modèle, est simulée de la même

manière.

Le domaine est fermé à l'Ouest par la ligne piézométrique 170 m NGF, consi­

dérée comme un potentiel imposé et simulant l'apport par les coteaux.

* Etat piézométrique de référence :

La piézométrie de référence utilisée pour le calage en permanent est celle

des basses eaux 1983 (pour la Saône comme pour l'Azergues). Pour des raisons

d'homogénéité, les données de débits et emplacements des captages d'Ambé-

rieux et Quincieux sont également ceux de 1983.

* Maillage du modèle :

La maille de base a une dimension de 200 m x 200 m. Les zones de captage

font l'objet d'un redécoupage à la maille 100 m x 100 m pour le calage, puis

25 m x 25 m pour la simulation "Petite Bordiere", et 50 m x 50 m pour la

simulation "Chamalan".

Le maillage, ainsi qu'une codification des différents types de mailles, est

reporté en figure 5.

- 9 -

3.1.4 - Hypothèses d'alimentation du modèle 1983

Le schéma retenu, en ce qui concerne l'alimentation des champs captants à

l'issue de la modélisation 1983, était le suivant :

. Ambérieux : 33 % Pliocène, 33 % alluvions, 33 % Saône ;

. Quincieux : 40 % Saône, 60 % alluvions.

3.2 - Exploitation du pompage SRAE : modèle plan vertical

Un modèle plan vertical a été mis en oeuvre de manière à exploiter le pom­

page réalisé par le SRAE sur le site de Petite Bordiere en bordure de Saône.

Un des objectifs était de quantifier le colmatage de la berge au droit du

site.

3.2.1 - Schéma de modélisation retenu

A partir de la géologie mise en évidence sur les piézomètres du dispositif

SRAE (voir rapport SRAE), le modèle plan vertical a été monté comme suit (mail-

lage et codification des mailles en figure 6) :

. mailles de 2 m x 2 m ;

. en surface, mailles étanches ;

. de 0 à 4 m de profondeur, limons de surface,

K = 2,5 x 10 - 5 m/s ;

. de 4 à 6 m de profondeur, sables fins (non présents près de la Saône), -4

K = 5 x 10 m/s ;

. de 6 à 16 ou 18 m de profondeur, alluvions sablo-graveleuses stricto

sensu, -3

K = 5 x 10 m/s ;

de 16 ou 18 m à indéterminé, Pliocène, _3

K = 2,5 x 10 m/s (20 m de Pliocène)

- 10 -

* Pliocène :

Le potentiel du Pliocène a été affiché à la cote 166,4 m NGF. Il s'agit de

la cote correspondant au niveau de la nappe libre en basses eaux.

En effet, en l'absence d'informations complémentaires sur la vitesse de

recharge du Pliocène, on admet que la crue de la Saône observée lors du pom­

page (167,6 m NGF) se répercute rapidement sur la nappe libre, mais n'a pas

eu le temps d'occasionner une recharge efficace du Pliocène.

. Limite Ouest du modèle : ligne piézométrique 167,7 m NGF à potentiel

imposé.

. Limite Est du modèle : Saône à potentiel imposé 167,6 m NGF.

. Mailles entourant la Saône, à perméabilité contrôlée par le colmatage de

la berge.

Les différents piézomètres foncés par le SRAE ont atteint le Pliocène entre

16 et 18 m de profondeur. Tous ces sondages ont traversé en fin de foration

0,50 m d'argile attribuée à cette formation.

Si l'on se reporte aux données disponibles sur la zone (rapport de 1983), le

Pliocène devrait être à cet endroit sablo-argileux sur une épaisseur avoi-

sinant 20 m. A l'appui de ces observations, on note que le forage réalisé en

1986 sur le champ captant d'Ambérieux, à proximité, a recoupé plus de 20 m

de Pliocène sableux, et que le débit obtenu dans cette formation est de 180

m /h.

Nous avons donc pris le parti de simuler cette formation comme aquifère et

drainant les alluvions sus-jacentes comme dans le modèle plan horizontal.

Les terrains argileux rencontrés pourraient correspondre à une interface

argileuse de faible épaisseur (voir rapport 1983).

* Conditions de pompage

A partir des paramètres de départ, le calage a été réalisé sur la base du

pompage SRAE et de la piézométrie observée alors.

- 11 -

Les conditions de ce pompage étaient les suivantes :

. Pompage de 72 h à rabattement apparemment stabilisé. 3

. Débit de pompage : 300 m /h, sur un puits de 1 m de diamètre.

. Cône de rabattement perpendiculaire à l'axe de la rivière à l'aide de

5 piézomètres, du puits de pompage et de la Saône (voir annexe 1).

. Rabattement au puits de pompage : cote 163,84 m NGF.

. Pertes de charge au puits estimées à 1,5 m, soit une cote au puits de

165,34 m NGF à simuler.

. Saône en crue (cote 167,7 m moyenne) durant les essais.

. Dénivelée Saône/nappe = 40 cm, lié au colmatage de la berge.

3.2.2 - Calage du modèle plan vertical

* Hypothèse 1 : drainance du Plicoène

Une simulation en permanent à partir des valeurs de paramètres énoncées

ci-dessus permet d'obtenir une piézométrie calculée assez proche de la

piézométrie observée (figure 7.a). En particulier, la forme du cône de

rabattement, très étroite, est bien reconstituée (à la perte de charge au

forage près ).

Ces rabattements ont été obtenus pour des valeurs fortes de perméabilité du

Pliocène. 3

Les 300 m /h pompés proviennent :

. à 62,4 % du Pliocène,

. à 18,7 % de la Saône,

. à 13,7 % du "coteau" (nappe amont).

On aboutit à un résultat assez surprenant, à savoir une alimentation aux 2/3

en provenance du Pliocène, à corréler avec la forte valeur de perméabilité

que nous avons été obligés d'afficher pour cette formation. Si l'on revient

à la forme du cône observé, on s'aperçoit qu'effectivement le gradient

hydraulique de la nappe à son raccordement avec la Saône(°) (et les coteaux

aussi) est très faible, ce qui confirme une faible alimentation par les

bordures.

(°) colmatage nul.

- 12 -

* Hypothèse 2 : pas de drainance du Pliocène

Dans cette configuration, le calage réalisé, qui permet de recréer une cote

d'eau au puits de pompage, est obtenu pour une perméabilité des alluvions -3

égale à 5 x 10 m/s et un colmatage nul.

L'alimentation du captage se répartit alors de la manière suivante :

. 61 % en provenance de la Saône,

. 39 % en provenance du coteau.

Par contre, la forme du cône de rabattement calculé est totalement diffé-v rente de celle observée (figure 7.b).

L'alimentation importante par les bordures se traduit par un gradient

hydraulique important de la nappe.

* Hypothèse 3 : drainance des limons de surface

Une autre hypothèse pour expliquer la forme du cône de rabattement observé

est que les limons de surface soutiennent le niveau de la nappe (effet de

capacité) ; le niveau, après 72 heures de pompage, ne serait pas stabilisé.

Pour étudier cette hypothèse, nous avons été amenés à réaliser une simula­

tion en transitoire au pas de temps journalier. Elle a montré que les rabat­

tements occasionnés étaient stabilisés dès 48 heures de pompage (rabatte­

ments identiques à ceux de la figure 7.b) pour un coefficient d'emmagasine-

ment de 10 %, conforme à celui calculé lors des essais de pompage.

On ne peut donc imputer la forme particulière du cône à une drainance des

limons de surface.

* Colmatage de la berge :

L'idée initiale était de quantifier le colmatage de la berge à partir de la

- 13 -

pente de charge observée entre le niveau de la nappe et celui de la Saône

(0,40 m).

Le rabattement observé dans le piézomètre le plus proche de la Saône (dis­

tant de 7 m) est de 53 cm. Plutôt qu'une perte de change de 40 cm localisée

à la benge de la Saône, on peut tnès bien envisagen qu'elle se népantisse de

maniène néguliène entne Saône et piézomètne et s'expnime pan un naccondement

pnognessif à la niviène.

C'est ce que necnée le modèle plan ventical poun un colmatage quasi-nul de

la benge.

L'ondne de gnandeun de la pente de change pnessentie au pnéalable (40 cm)

connespond de toutes façons à un colmatage tnès faible, voine nul.

3.2.3 - Conclusion ; apport du modèle plan vertical

La simulation du pompage réalisé pan le SRAE en 1988 sun le site de la

Petite Bondiène en bondune de Saône a penmis de dégager les nésultats suivants :

- la dnainance du Pliocène dans l'alimentation de la nappe en exploitation

senait dominante poun des valeuns de penméabilité de cette fonmation

impontantes ;

- le colmatage de la benge est quasi-inexistant au dnoit du site de pompage

et l'alimentation pan la Saône est donc possible.

L'impontance donnée à la dnainance du Pliocène pan les simulations en plan

ventical est assez sunpnenante si on se nemémone les nésultats de la pnemiène

modélisation hydnodynamique de 1983 (1/3 Pliocène, 1/3 coteau, 1/3 Saône). Cette

conclusion sena donc à néévaluen apnès la modélisation en plan honizontal.

- 14 -

3.3 - Calage du modèle plan horizontal en permanent

Les paramètres hydrodynamiques et les hypothèses de modélisation retenues

pour les premières simulations sont ceux du modèle hydrodynamique BRGM de 1983.

Dans ces conditions, le calage a été rapidement obtenu. Les paramètres

hydrodynamiques retenus après calage ont les valeurs suivantes :

K alluvions

K Pliocène

K verticale du Pliocène

Charge du Pliocène

Colmatage de la berge

_3 1,5 x 10 m/s

1,5 à 4 x 10~4

_5 1,5 x 10 m/s

m/s

piézométrie des alluvions _3

1,5 x 10 m/s

4 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME PERMANENT

Deux zones de pompage ont été testées dans le cadre de cette étude

- Chamalan,

- Petite Bordiere.

4.1 - Site de Chamalan

Les rabattements ont été calculés pour un pompage optimum ayant les carac­

téristiques suivantes : 3 . 8 puits de pompage à un débit de 190 m /h,

. maillage de 50 m x 50 m en bordure de Saône.

Les rabattements occasionnés sont donc inacceptables étant donné les

épaisseurs d'alluvions mouillées concernées (2 à 5 m) (figure 8).

Les rabattements calculés sur mailles de 50 x 50 m sont à majorer de près de

50 % pour obtenir un rabattement au puits de pompage réel.

- 15 -

Au regard des données géologiques disponibles, le site ne bénéficie pas, de

plus, d'un apport par drainance du Pliocène sableux.

4.2 - Site de la Petite Bordiere

Plusieurs configurations de pompage ont été simulées, pour un débit recher-3

ché de 1500 m /h. De manière à affiner au mieux ces simulations, un maillage de

25 m x 25 m a été appliqué sur le site, car plus représentatif des conditions

d'exploitations recherchées. On peut considérer que la différence entre rabatte­

ment au puits de pompage et rabattement sur mailles de 25 x 25 m est de 10 à

20 %.

La synthèse des informations obtenues pour les différentes configurations

testées est reportée en tableau 1.

* 5 puits de pompage en bordure de Saône

Le dispositif se compose des ouvrages suivants (figure 9) : 3 . 2 puits extérieurs, d'un débit de 400 m /h ;

3 . 3 puits intérieurs au dispositif, d'un débit de 233 m /h.

Les puits extérieurs sont espacés de 100 m par rapport aux puits intérieurs

qui, eux, sont espacés de 75 m entre eux.

Cet espacement a été optimisé de manière à diminuer les interférences entre

puits, et aussi à tirer le meilleur profit de la réalimentation par la

Saône.

Pour les puits extérieurs, le rabattement s'établit à 6,7 m (figure 9) ;

pour les puits intérieurs, il est de 4,8 m.

Aucun rabattement supplémentaire n'est constaté sur les mailles du champ

d'Ambérieux, dont la plus proche est située à 450 m du dispositif.

- 16 -

Tableau 1

RESULTATS DES DISPOSITIFS DE POMPAGE TESTES EN PERMANENT (*)

I Debit I Espacement [ Apport | Distance | Apport ¡Rabat.(*) | m /h l entre fora-| riviere| en m | Pliocène| forage | | ges, en m | % I I % | en m

2 pompages de | | | | | | 800 m3/h chacunj 1600 | j 75 | | 25 |

1. I 800 | | | 25 | | 12,8 2. | 800 | I I 25 | | 13,4

5 pompages j 1500 | j 71 | | 29 j

1 - ! 4 0 0 ! loo ! ! 2 5 ! ! 6 > 7

2. | 233 | 75 I I 25 | | 4,8 3. | 233 j J? | | 25 j | 4,9 4 - ! 2 3 3 ! loo ! ! 2 5 ! ! 4>8

5. | 400 | | | 25 | I 6,8

8 pompages j 1500 | | 70 | j 30 |

1. I 300 | | | 25 | | 5.5 2. I 150 | 5 0 I | 25 | | 4,1 3. | 150 | 50 I I 25 | | 4,0 4. | 150 | 50 I I 25 j j 4,0 5. | 150 I so I I 25 j | 4,0

6. | 150 I so I I 25 I I 4 » ° 7. | 150 | | | 25 | I 4,2

8. | 300 | | | 25 j | 5,6

5 pompages | 1500 | | 60 | | 40 |

1. j 400 j j | 25 j | 7,0

2. | 233 | | | 50 | | 4,8 3. j 400 | j | 25 | j 7,0 4. | 233 | j | 50 | | 6,3 5. I 233 I j 25 I 6,3

(*) Pan rapport aux cartes de rabattement presentees, sur mailles de 25 x 25 m, ces résultats sont majorés de 15 % pour tenir compte des rabattements au forage même.

- 17 -

Dans cette configuration, l'alimentation se répartit comme suit :

. 71 % par la rivière ; 29 % par le Pliocène.

On ne constate aucun apport du coteau (c'est-à-dire pan les mailles à poten­

tiel imposé de la bordure Ouest). Ceci est logique compte tenu de la faible

extension du cône de rabattement vers l'Ouest {=¿500 m).

* 5 puits de pompage en quinconce

Il nous a semblé intéressant de tester un dispositif pour lequel certains

des puits seraient en retrait par rapport à la Saône. L'objectif est de

tirer un meilleur parti de l'alimentation par le Pliocène et éventuellement

par le coteau. Le dispositif est le suivant :

3 . 3 puits en bordure de Saône, espacés de 100 m et débitant 400 m /h

3 pour les deux puits extérieurs, 233 m /h pour le puits intérieur ;

. 2 puits plus éloignés de la Saône (50 m), espacés entre eux de 300 m 3

et débitant 233 m /h chacun.

Les rabattements calculés (7 m au maximum) sont supérieurs à ceux du dispo­

sitif précédent. Dans cette configuration, l'alimentation se répartit comme

suit' :

. 60 % par la Saône ; 40 % par le Pliocène.

* 2 puits de pompage en bordure de Saône : (figure 10) :

Configuration testée : 2 puits en bordure de Saône (25 m), espacés de 350 m 3

et débitant chacun 800 m /h.

Les'rabattements calculés sont de près de 13 m sur chaque puits. En considé­

ration de l'épaisseur des alluvions, ces rabattements sont excessifs.

. A titre indicatif, l'alimentation se répartit comme suit :

. 75 X par la Saône ; 25 % par le Pliocène.

- 18 -

* 8 puits de pompage en bordure de Sa5ne

Le dernier dispositif testé est le suivant : 8 puits de pompage en bordure 3

de Saône (25 m), espacés de 50 m et débitant 300 m /h pour les deux puits 3

extérieurs, et 150 m /h pour les puits intérieurs.

Les rabattements calculés (figure 11) sont de 5,5 m pour les puits exté­

rieurs, 4,0 m pour les puits intérieurs.

L'alimentation se répartit comme suit :

. 75 % par la Saône ; 30 % par le Pliocène.

Aucun rabattement supplémentaire n'est constaté sur le champ d'Ambérieux

pour ce pompage.

4.3 - Optimisation du dispositif de pompage

3 D'une manière générale, et hormis le dispositif "2 puits débitant 800 m /h",

3 toutes les configurations testées permettent d'obtenir les 1500 m /h recherchés, sans influence sur le champ d'Ambérieux.

La configuration optimale au regard des rabattements occasionnés est celle

constituée par 8 puits de pompage alignés en bordure de Saône.

Le dispositif constitué par 5 puits de pompage disposés en bordure de Saône

répond aussi aux besoins, pour des rabattements légèrement supérieurs, tout en

apportant une économie à la réalisation et surtout à la maintenance.

On gardera à l'esprit que ces rabattements sont un minimum (mailles de

25 x 25 m). En règle générale, si l'on compare les résultats sur les champs

d'Ambérieux et Quincieux, ce rabattement est à majorer de 1 à 2 mètres (1,5 m)

au puits de pompage.

- 19 -

Enfin, on peut légitimement penser qu'un rapprochement des puits de la

Saône, ou que la réalisation de drains horizontaux en direction de la Saône,

amélioreraient sensiblement les performances des ouvrages. Le degré de précision

de la modélisation ne nous permet pas d'apporter plus d'information à ce sujet.

4.4 - Connaissance du Pliocène

Les hypothèses hydrodynamiques retenues pour le Pliocène lors de la modéli­

sation en plan horizontal sont proches de celles de 1983, et assez conformes aux

connaissances hydrogéologiques possédées sur le site.

Par contre, lors de la modélisation en plan vertical, nous avons été amenés,

pour le calage de la piézométrie observée, à afficher des perméabilités supé--3 -4

rieures à celles du plan horizontal (2,5 x 10 contre 4 x 10 m/s).

Cette forte perméabilité affichée entraîne d'ailleurs une alimentation par

le Pliocène dominante par rapport à l'alimentation de la Saône.

Si, dans un cas comme dans l'autre, l'alimentation des puits de captage est

assurée, il serait intéressant de posséder des informations supplémentaires sur

le Pliocène sableux.

Ces informations supplémentaires permettraient non seulement d'affiner

l'importance de cette drainance du Pliocène sableux dans la réalimentation des

champs captants, mais aussi de mieux connaître le mode de recharge de cette for­

mation.

En l'état actuel des connaissances, il est considéré que l'hypothèse la plus

probable est celle retenue pour la modélisation en plan horizontal.

- 20 -

5 - MISE EN PLACE DU MODELE EN REGIME TRANSITOIRE

Une des questions posées pan le SMHAR était de savoir quelle senait la

recharge de la nappe à l'issue de la péniode de pompage à réaliser entre le 15

juin et le 15 septembre en étiage. Pour cela, la modélisation a été reprise en

transitoire.

5.1 - Méthode de travail

Le seul état piézométrique disponible sur la Plaine des Chères est celui de

1983, et de ce fait le transitoire réalisé ne pourra être considéré comme défi­

nitivement calé. Le but de ces simulations sera donc avant tout de fixer les

ordres de grandeur de la recharge de la nappe au cours de l'année hydrologique.

Les simulations ont été réalisées sur les bases suivantes :

- période de 24 mois ;

- pas de temps mensuel ;

- année 1 normale (moyenne) ;

- année 2 sèche décennale ;

- année 3 normale ;

- démarrage de la simulation en mai, année 1 ;

- champ en pompage de juin à août, année 1 ;

- arrêt du pompage de septembre (année 1) à mai (année 2) ;

- champ en pompage de juin à août, année 2 ;

- arrêt du pompage de septembre (année 2) à mai (année 3).

5.2 — Données de base du modèle transitoire

Les données de base nécessaires à la modélisation en transitoire sont les

suivantes :

- variations des niveaux de la Saône (et de l'Azergues) ;

- 21 -

- variations du niveau piézométrique à potentiel imposé du coteau ;

- pluies efficaces moyennes mensuelles sur la zone ;

- prélèvements variables sur les champs d'Ambérieux et Quincieux.

* Niveaux de la Saône :

Les stations mesurant les niveaux de la Saône directement en amont ou en

aval du site sont les suivantes :

- Saône à Trévoux : cette station mesure uniquement les crues instantanées

de la Saône (lecture d'échelle) ;

- Saône amont et aval à Couzon : ces deux stations sont situées de part et

d'autre de la retenue de Couzon, en aval de la Plaine des Chères. S'agis-

sant de stations régulières, les données sont relativement complètes.

Cependant, la retenue ayant, entre autres buts, d'écrêter les crues de la

Saône, les niveaux observés sont influencés diversement suivant l'impor­

tance de l'écrêtage réalisé. Toutefois, les niveaux de Saône utilisés pour

la modélisation sont ceux issus de ces deux stations.

Un traitement des données a été réalisé de manière à extraire des niveaux

moyens mensuels représentatifs d'une année normale, et d'une année sèche

décennale (figure 12) (les données utilisées sont reportées en annexe 3).

* Niveaux à potentiel imposé du "coteau" :

Les seules données disponibles sont la piézométrie en période de basses eaux

1983 et quelques données éparses indicatives des fluctuations de la nappe

pour d'autres périodes de l'année.

Sur ces bases, une variation mensuelle du niveau à potentiel imposé a été

retenue pour une année moyenne et une année sèche (figure 12).

* Pluies efficaces :

La station pluviométrique de Villefranche-sur-Saône (station représentative

- 22 -

la plus proche) a été utilisée. Le calcul des pluies efficaces a été réalisé

à l'aide de la méthode de PENMAN.

Ici encore, deux années types, sèche et moyenne, ont été considérées (figure

13) (les données utilisées sont reportées en annexe 3).

* Prélèvements des champs captants d'Ambérieux et Quincieux :

Les données de base sont les prélèvements mensuels par champs depuis 1983

(annexe 2). On note que les prélèvements sont supérieurs durant les mois

d'été. Deux régimes de pompage ont été retenus, l'un correspondant à la

période estivale, l'autre à la période hivernale :

3 3 . Eté - Ambérieux : 19 OOO m /j ; Quincieux : 16 600 m /j ;

3 3 . Hiver - Ambérieux : 15 000 m /j ; Quincieux : 9 700 m / j .

5.3 - Calage du modèle en transitoire

En l'absence d'un véritable calage, nous le rappelons, un coefficient d'em-

magasinement de 10 % a été retenu. Cette valeur, admise dans la bibliographie

pour ce type de formation, est confirmée par le pompage d'essai SRAE de 1988.

6 - SIMULATIONS DE POMPAGE EN REGIME TRANSITOIRE

Les simulations en transitoire ont été réalisées sur un dispositif de 5

puits alignés à 25 m de la bordure de Saône (voir modèle en régime permanent).

* Année 1 (normale) :

- Après 3 mois de pompage, les rabattements calculés sont au maximum de 5,90

mètres.

- 23 -

La baisse de niveau enregistrée durant ces trois mois sur le nouveau champ

(15 cm), ainsi que sur les champs d'Ambérieux et Quincieux, est conforme à

la baisse de niveau du coteau et surtout de la Saône.

- 1 mois après la fin du pompage, le cône de rabattement est entièrement

résorbé, la recharge de la nappe est donc considérée comme complète.

* Année 2 (sèche) :

- Après 3 mois de pompage, les rabattements sont au maximum de 5,95 mètres.

Par rapport à l'année précédente, le rabattement supplémentaire occasionné

est de 5 centimètres, conforme au déficit constaté sur les niveaux de la

Saône et du coteau.

- 1 mois après la fin de la période de pompage, le cône de rabattement est

entièrement résorbé, la recharge est donc complète.

* Recharge de la nappe :

L'alimentation de la nappe est entièrement liée à la Saône et au Pliocène :

70 % Saône, 30 % Pliocène.

Cette proportion peut varier sensiblement (voir modèle plan vertical).

La recharge de la nappe par la pluie efficace tombant directement sur le

site est quasi-inexistante.

La recharge de la nappe, après la période de pompage, est très rapide dans

ces conditions (moins d'un mois).

Si l'alimentation par la Saône paraît bien établie (absence de colmatage,

niveau de Saône minimum garanti), l'alimentation par le Pliocène est encore

du domaine de l'hypothèse.

L'hypothèse retenue, en l'absence d'informations précises, pour la modélisa­

tion du Pliocène, est en effet celle d'une drainance avec une charge cons­

tante, qui est celle de la nappe libre en basses eaux ; elle est sans doute

simplificatrice.

Une meilleure connaissance de la recharge effective du Pliocène sur une lon­

gue période permettrait d'affiner les résultats obtenus.

- 24 -

7 - CONCLUSIONS

La modélisation hydrodynamique de la Plaine des Chères a été réalisée pan le

BRGM, et à la demande du SMHAR, pour étudier la faisabilité de captages d'eau

d'irrigation.

3 L'objectif était de tester la possibilité de pomper 1500 m /h durant les

trois mois d'été.

Deux sites étaient pressentis :

. Chamalan,

. La Petite Bordiere.

* Le site de Chamalan s'est révélé, dès les premières simulations, insuffisant 3

pour un pompage de 1500 m /h.

* Le site de La Petite Bordiere est par contre favorable.

3 Au stade de la modélisation en régime permanent, le débit de 1500 m /h

recherché est assuré.

La configuration optimum est constituée par 8 puits de pompage alignés en

bordure de Saône, espacés de 50 m entre eux.

Ce dispositif n'occasionne pas de rabattements supplémentaires sur le champ

captant d'Ambérieux, situé à proximité (450 m).

Les simulations, reprises en régime transitoire, ont permis de montrer que

la recharge s'effectuait en moins d'un mois après l'arrêt des pompages, quel que

soit l'état de la nappe (année sèche, année normale).

Là encore, aucun rabattement significatif n'est constaté sur le champ cap­

tant d'Ambérieux.

- 25 -

L'alimentation de la nappe captée sur le site de La Petite Bordiere est

assurée pour les 2/3 par la Saône, et pour 1/3 par la drainance du Pliocène.

Si la part d'alimentation par la Saône paraît démontrée, étant donné la

quasi-absence de colmatage de la berge, il serait par contre intéressant de

pousser plus avant les reconnaissances au Pliocène sableux de manière à mieux

connaître sa recharge à long terme.

**

F I G U R E S

PLAINE DES CHERES

PERIMETRES DE PROTECTION DES CHAMPS CAPTANTS

TREVOUX

LEGENDE

S S N V Ï ^ S Limite depone de protection immédiate

Limite de ¡one de protection rapprochée

Limite de $one de protection éloignée

ECHELLE 1/20 000

U -i

f

EPAISSEUR TOTALE DES ALLUVIONS

Figure 3

PLAINE DES CHERES

3S.

s . Û O H

o.ooo.oo

20.00 20.00

h35.00

|-3G.Û0

1-25.00

^20.00

(-10.00

hs.oo

Epaisseurs en m

SUR. 25.0

1111 12.5 - 15.0I | 10.0 - 12.5

4.0 - 6.0

INF. 4.0

ECHELLE 1/60 OOO

R 30314 RHA 4S 89

Figure 4

EPAISSEUR DU PLIOCENE SABLO-ARGILEUX

PLAINE DES CHERES

3 0 . 0 0 -

2S.00-

2 0 . 0 0 -

1S.Û0-

1 0 . 0 0 -

5 . 0 0 -

0.00

-35.00

-30.00

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

Epaisseurs en m

SUP. 25.0

20.0 - 25.0

15.0 - 20.0

12.5 - 15.û

10.0 - 12.5

7.5 - 10.0

5.0 - 7.5

2.5 - 5.Û

INF. 2 .50.00

ECHELLE 1/60 000

R 30314 RHA 4S 89

Figure 5

MODELE PLAN HORIZONTAL : MA/LLAGE ET CODIFICATION

PLAINE DES CHERES0.00

25.ÛCH

ÎO.ùCM

îo.ooH

lu.DÛ 20.00

f-35.00

h30.00

I-1S.Û0

l-io.oo

(-S.00

•0.00LU.00 20.00 30.00

LEGENDE : CODES

Interface mailles 100 / mailles 25Interface mailles 200 / mailles 100Pliocène sableux Grand VeissieuxPliocène sableux AmberieuxAltuvions.potentiel calculéPotentiels AzerguesPotentiels SaônePotentiel imposé coteau

Echelle 1/60 000

R 30314 RHA 4S 89

PLAINE DES CHERES

MAILLAGE DU MODELE PLAN VERTICAL

2m Puits de pompageSRAE

\

20m

l

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

LEGENDE

CODE

£2 0 Mail/e étanche

- / Potentiel imposé rivière cote 167.6 m NGF

-Z Potentiel imposé fignepiéjo cote 167,7mNGF

-3 Potentiel imposé Pliocène cote 167.7 NGF

23 m

- 167.6 m

_ 157, $ m

— fi/7,6 m

CODÉ

WÊ 1 Limons

H Z Sables fins

H 3 Allât/ions

L J V Colmatage berge

L J 5 Parts pompage

MODELE PLAN VERTICAL PIEZOMETRIE OBSERVEE ET CALCULEE

OUEST BST

Limite du plan vertical

Puits SRAB

170-

168 -

166 .

»V 161-

162-

160-

158.

170-

X CO

* 3D

5 *. CO

Cotes

3 >

S s_

166

161

m

160

Drainance du Pliocène

T. AUU : 5xio-2 m2/s

r. PLio : 5-xW2 mVs

Saône

Cone observe

Cone simulé

5 0 5 . _ Distances en m

Figure 8

POMPAGE SUR LE SITE DE CHAMALAN A 1500 m3/h

RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT

PLAINE DES CHERES

30.00-

25.00-

15.00-

1 0 . 0 0 -

30.00

0.00

-35.00

-30.00

-25.00

-20.00

-15.00

-10.00

-S . 00

Rabattements en m

jjj I

e.o5 . 0 - 6 - 0

3 . 5 - 5 . 0

2 . 5 - 3 . 5

i -^ - z . o1.0 - 1.5

0.1 - 0 .5

INF. - 0 . 110.DÛ 20.00 30.0Û

ECHELLE 1/60 OOO

fi 30314 RHA 4S 89

POMPAGE SUR 5 PUITS EN LIGNE

RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT

Figure 9

PLAINE DES CHERES0.00

35.QP-

30.00-

20.00-

15.00-

10.00-

lifppmm®

30.00

-3S.0O

-30.00

-25.00

-20.00

-15.00

Rabattements en m

| | SUP.

|||:l;f| - o . 1 -1 1 - 0 . 5 -["„""] - 1 . 0 -Ef|f§ -1.5 -

fflH -z.o -H -2.5 -• 1 -3.5 -

^H --:-̂ -^ H INF.

0 . 00 . 0

- 0 . 1- 0 . 5- 1 . 0- 1 . 5- 2 . 0-2 .5- 3 . 5- 5 . 0- 5 . 4

1 0 . 0 0 S 0 .00 30.0Q

ECHELLE 1/60 OOO

R 30314 RHA 4S 68

Figure 10

POMPAGE SUR 2 PUITS A 800 m3/h

RABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT

PLAINE DES CHERES0.00

3S.O0-

3 0 . 0 0 -

2S .00 -

2 0 . 0 0 -

15.00-

10 .00 -

S.00

K Ï S Ï K S

iiisiiii

10.00

m•Xif

o.oo

-3S.00

-30.00

-2S.00

-1S.Û0

- 1 0 . 0 0

-5.00

Rabattements en m

! 1 SUR. 0 .0

rn -0.5- -o.i

B B -3.0 - -2.0H -4.0 - -3.0| ^ | - 6 . 0 - -4.0

H -8.0 - -6.0| H -10.0 - -8.0^ H INF. -10.0

20.00 30.00

ECHELLE 1/60 000

R 30314 RHA4S 68

Figure 11

POMPAGE SUR 8 PUITS EN LIGNERABATTEMENT CALCULE EN PERMANENT

PLAINE DES CHERES0.00

35.Ù0-

SO.Û0-

2S.00-

i S . 0 0 -

LO.00-

5.00

10.00 20.00

ÎS SSECEH " S ! Si? S 3Ï5S H !S!ï3S 'ai t* ••KITXMKXMRItll «Vf H** H ' • **** K l K * |l V

m

30.00

-3S.O0

-30.00

-25.00

-20.00

-10.00

-S. 00

0.00

Rabattements en m

I | SUP. 0 . 0

j | - 0 . 5 - - 0 . 1

WÊÈ -1.0 - -0.5-1.5 - -1.0

-2.0 - -1 .5

- 2 . 5 - -2.0

-3.5 - -2.5

-4.0 - -3 .5

-4.5 - -4.0

INF. -4.5

ECHELLE 1/60 OOO

R 30314 RHA4S 88

Figure 12

SAONE ET COTEAUX NIVEAUX UTILISES EN TRANSITOIRE

Figure 13

100

80

60

40

20

DONNEES UTILISEES EN TRANSITOIRE PLUIES EFFICACES MENSUELLES EN M M

-T—i—i—i—i—:—i—i ' r ~\—n—i—i—r a «- z i <

5

—i—i—r~T

s c

5

r ' i ' i—i—r

% c -s

R 3 03 tU RH A US 83

A N N E X E 1

CÔNE DE RABATTEMENT DANS L'AXE DU MODÈLE PLAN VERTICAL

(POMPAGE SRAE 1988)

— ^ - La Saône

PIEZOMETRIE DU CÔNE DE RABATTEMENT après 72 heures de pompage à 300 m3/h

A N N E X E 2

PRÉLÈVEMENTS MENSUELS SUR LES CHAMPS

D'AMBÉRIEUX ET QUINCIEUX

SYNDICAT SAONE-TURDINE

PRODUCTION EN M3 PAR ZONE DE CAPTAGE

1 ANNEES

| N. zones

| mois N.

| Janvier

| Février

1 Mars

| Avril

| Mai

| Juin

| Juillet

| Août

| Septembre

| Octobre

1 Novembre

1 Décembre

1 Total par

| zone

| Total

| général

| 1983

| Ambérieux

412 903

374 221

388 129

355 212

304 678

435 756

686 206

559 260

487 856

450 822

368 450

416 600

5 240 093

9 036

Quincieux

252 110

256 700

295 350

258 230

318 410

358 360

507 280

428 890

300 450

248 030

270 640

303 960

3 798 410

503

1984

Ambér.

407

385

400

405

437

449

560

508

432

417

421

417

5 246

8

652

473

937

934

198

734

346

820

754

698

983

810

339

971

Quine.

292

263

300

303

312

337

412

322

291

304

284

299

3724

209

230

840

050

450

800

280

420

660

890

470

580

200

870

| 1985

Ambér.

514 580

428 203

430 262

413 630

399 893

418 373

489 724

508 181

50 674

516 108

510 145

494 871

5 630 681

9 814

Quine.

364

297

310

280

298

311

340

352

387

422

347

470

4184

811

140

330

080

500

180

950

680

750

770

450

700

600

130

1986

1 Ambér.

469

396

435

410

393

481

578

461

438

500

516

474

5 559

S

297

868

934

859

002

950

410

994

141

954

601

993

003

761

Quine.

408

318

331

284

296

361

429

345

292

404

370

357

4202

103

860

410

500

920

310

930

760

720

570

010

940

170

100

1987

Ambér.

435

409

411

384

386

382

437

450

404

358

344

368

4 772

£

364

429

641

403

856

097

095

277

537

220

628

029

576

156

Quine.

343

296

292

272

272

248

290

326

272

262

252

256

3385

296

100

820

570

170

510

710

020

400

050

390

450

530

720

| 1988

Ambér.

387 480

358 001

381 536

361 851

344 230

395 693

444 299

460 170

413 061

444 395

322 430

367 867

4 681 013

7 889

Quine.

238 880

238 680

266 730

252 960

283 050

291 550

279 140

281 520

281 710

293 850

246 720

253 690

3208 480

493

1989

Ambér.

382

340

409

324

459

474

544

615

615

263

947

717

539

973

Quine. 1

260

227

191

230

252

418

392

6101

090|

590|

350|

1101

540|

9101

• 1

A N N E X E 3

PLUIES EFFICACES ET NIVEAUX DE SAÔNE UTILISÉS

Annexe 3

150

PLAINE DES CHERES PLUIE EFFICACE A VILLEFRANCHE

LU

y _J Q.

100

50

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i l 1 1 1 1 1 111 M n ru u 1111 n 111111 u i n 111 m h n n n

168

• S " £ 'i £ il £ 'I k il S l oo n o° n «o n « n °° il « I II M il II II

PLAINE DES CHERES SAONE COUZON NIVEAUX MENSUELS

COUZON AM

COUZON AV

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