Gestion de la nappe alluviale de la Siagne - hydroprotech

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2010-2011
Recherche bibliographique
Gestion de la nappe alluviale de
la Siagne
Lyonnaise des Eaux
Master HYDROPROTECH (Polytech’NiceSophia)
CORMERAIS Magali
VO Ngoc duong
SOMMAIRE
Sommaire .......................................................................................................................................................................... 2
Table des figures ............................................................................................................................................................... 3
Introduction ...................................................................................................................................................................... 4
I.
La recharge de la nappe ............................................................................................................................................ 6
II.
Tour du monde de la recharche de la nappe ............................................................................................................ 8
III.
Analyse des cas de recharche de nappe ............................................................................................................. 10
a.
Site de Croissy (Source : Haeffner et al).............................................................................................................. 10
b.
Site de la Moulle – Agglomération de Dunkerque (Source : Haeffner et al) ..................................................... 11
c.
Fleuve Llobregat (source : Armentier) ................................................................................................................ 12
d.
Berlin (Veolia eau) ............................................................................................................................................... 14
e.
West Coast Basin Barrier Project– Californie (Source : Lazarova et al,) ............................................................. 15
f.
Orange County, Californie – USA (Source : R+i alliance) ..................................................................................... 17
g.
Tucson, Arizona – USA (Source : R+i alliance) ..................................................................................................... 18
h.
Mesa, Arizona – USA (Source : R+i alliance) ....................................................................................................... 19
i.
Montebello, Californie – USA (Source :R+i alliance) ........................................................................................... 20
j.
Mexico city – El Mezquital (Source : Jimenez et al,) ........................................................................................... 21
k.
Alice Springs – Australie (Source : R+i alliance) .................................................................................................. 22
l.
La côte oriental du cap bon en Tunisie (source : ONAS) ..................................................................................... 23
m.
Dan Région, Israël (Source : Kanarek et al, + r+i alliance) ............................................................................... 25
Conclusion ....................................................................................................................................................................... 26
Chapitre : Sommaire
Bibliographie ................................................................................................................................................................... 27
2
TABLE DES FIGURES
Chapitre : Table des figures
Figure 1 : Schéma du cycle de l'eau dans le bassin cannoi ............................................................................................... 4
Figure 2 : Traitement type pour une réutilisation des eaux usées aux USA (CIRSE, 2003) ............................................... 6
Figure 3 : Schéma d'une réalimentation de la nappe par un puits d'injection ................................................................. 7
Figure 4 : Schéma d'une réalimentation de la nappe par injection superficielle ............................................................. 7
Figure 5 : Évaluation du risque (acceptable ou non) en fonction des traitements et des usages (Baumont et al.). ........ 7
Figure 6 : Localisation des cas recensés de recharge de nappe ....................................................................................... 9
Figure 7 : Schéma du champ captant de Pecq-Croissy ................................................................................................... 10
Figure 8 : Réalimentation artificielle de la Moulle en fonction du niveau de la nappe .................................................. 11
Figure 9 : Utilisation conjointe des eaux de surface et des eaux souterraines .............................................................. 13
Figure 10 : Exploitation de l'aquifère de la basse vallée et du delta du Llobregat ......................................................... 13
Figure 11 : Situation géographique des sources d'approvisionnement de Barcelone ................................................... 13
Figure 12 : Localisation des 3 barrières d'injection. La flèche montre la situation de la barrière de la West Coast Basin
........................................................................................................................................................................................ 15
Figure 13 : Evolution du volume injecté dans la barrière West Coast bassin de 1995 et 1997 ...................................... 16
Figure 14 : Carte de la zone de recharge de Orange....................................................................................................... 17
Figure 15 : Schéma de la recharge de Tucson................................................................................................................. 18
Figure 16 : Schéma de la recharge de la Mesa................................................................................................................ 19
Figure 17 : Schéma de la recharge de Montebello ......................................................................................................... 20
Figure 18 : Mexico city et la vallée du Tula ..................................................................................................................... 21
Figure 19 : Schéma de la recharge d’Alice Springs.......................................................................................................... 22
Figure 20 : Localisation du site de recharge de Korba (Source : ONAS) ......................................................................... 24
Figure 21 : Localisation du site de recharge de Ko ......................................................................................................... 24
Figure 22 : STEP et bassin de recharge ........................................................................................................................... 25
Figure 23 : Schéma de la recharge de la région de Dan .................................................................................................. 25
3
INTRODUCTION
De part la croissance démographique, l’eau est aujourd’hui devenue une ressource convoitée, rare par
endroit, et devant être protégée. La gestion de l’eau est au cœur des préoccupations de nombreux pays
pour lesquels elle est une denrée très rare. Aussi nous constatons que pour ses pays, la gestion de la
ressource passe par la réutilisation des eaux usées traitées, pour l’irrigation des espaces verts, l’agriculture
et la recharge artificielle des nappes.
Notre recherche porte sur la ressource de la Siagne, qui est fortement sollicitée par des prélèvements dans
la nappe d’une part pour la distribution de l’eau potable (Lyonnaise des eaux, Commune de Mandelieu et
le Canal de Belletrud), et d’autre part pour les pompages des particuliers. A ces prélèvements s’ajoute la
quantité d’eau qu’EDF récupère pour son barrage hydroélectrique à St Cassien.
Chapitre : Introduction
En France, la loi sur l’eau de 2006 impose une gestion locale de la ressource en eau et la nécessité de
quadrupler l’étiage pour la survie de la vie marine et fluviale. Afin de répondre à cette demande, la
Lyonnaise de Eaux envisage d’utiliser les eaux traitées de la nouvelle station d’épuration Aquaviva,
installée à Mandelieu, pour les communes du bassin Cannois, qui utilisera un procédé d'ultra-filtration,
permettant ainsi la réutilisation des eaux traitées à concurrence de 15 Mm3/an. En effet cette station
permettrait, par une réalimentation artificielle de la nappe, de multiplier par 2 les débits réservés pour la
Siagne dont le débit actuel à l’embouchure est de 0,5m3/s.
Figure 1 : Schéma du cycle de l'eau dans le bassin cannoi
4
Méthodologie :
Recherche bibliographique via internet avec des mots clés liés au sujet en français et en anglais, puis via la
base de données documentaire de la Lyonnaise des Eaux.
Dans un premier temps, une connaissance de ce qu’est la recharge artificielle de la nappe a été nécessaire
avant de regarder de plus près les exemples de collectivités utilisant cette technique à traves le monde
Remarque :
Chapitre :
Données précises sur les exemples difficilement accessibles car « confidentielles »
5
I.
LA RECHARGE DE LA NAPPE
Les eaux usées traitées sortant des stations d’épuration (STEP), sont « classiquement » rejetées dans le
milieu naturel (mer, cours d’eau …) quelque soit le processus de traitement utilisé.
Dans le monde entier et principalement dans les pays dont la ressource en eau pose problème de part son
volume ou sa qualité, les eaux usées traitées sortant des STEP sont réutilisées pour d’autres usages, tels
que l’utilisation agricole, l’utilisation urbaine (arrosage des espaces verts, lavage des rues, alimentation de
plans d'eau, fontaines, arrosage des golfs), l’utilisation industrielle, et l’amélioration des ressources et de la
qualité des eaux.
La recharge artificielle de la nappe est utilisée d’une part pour lutter contre l’intrusion du biseau salé en
zone côtière, et d’autre part pour l’amélioration de la ressource en eau, dans les zones arides touchées par
l’assèchement des nappes. Cette recharge peut se faire par l’utilisation des eaux traitées issues des STEP,
mais aussi des eaux pluviales ou de rivières.
Selon le type de sol du site de recharge et la profondeur de la nappe, la recharge pourra se faire soit, par la
création de bassins gravitaires, soit par injection directe dans la nappe.

L'injection directe consiste à introduire l'eau traitée de qualité, directement dans l'aquifère.
Cette recharge est généralement appliquée dans les conditions où l'évaporation est
importante, et où la couche imperméable est peu profonde. Au point d’injection, les eaux
devront avoir un pH 6.5-8.5, une turbidité <2 NTU (en Floride, il est requis <5mgTSS/L), des
résidus de chlore <1 mg/L, en Californie, la réglementation ajoute l’absence de trace
organique.
Dans le cas où l’intrusion du biseau salé est importante, les puits sont disposés en ligne face
à la nappe d’eau salée, formant ainsi une barrière
Chapitre : La recharge de la nappe
Figure 2 : Traitement type pour une réutilisation des eaux usées aux USA (CIRSE, 2003)
6
Figure 3 : Schéma d'une réalimentation de la nappe par un puits d'injection

La recharge par infiltration se fait par le biais de bassin gravitaires. L’eau atteindra la nappe
par percolation, utilisant ainsi le pouvoir épurateur des couches sédimentaires traversées.
Ces bassins peuvent servir de lacs et doivent régulièrement être nettoyés pour éviter le
dépôt d’algues. Les solutions préconisées sont variées comme l’introduction de poissons,
d’algicides, teindre l’eau pour empêcher la photosynthèse, faire circuler l’eau pour
empêcher la stagnation, éviter le stockage dans des lacs peu profonds, éviter de laisser l’eau
stagner trop longtemps et couvrir les réservoirs.
Figure 5 : Évaluation du risque (acceptable ou non) en fonction des traitements et des usages (Baumont et al.).
Chapitre : La recharge de la nappe
Figure 4 : Schéma d'une réalimentation de la nappe par injection superficielle
7
II.
TOUR DU MONDE DE LA RECHARCHE DE LA NAPPE
Les recherches bibliographiques ont permis de mettre en avant des pays où la pratique de la recharge artificielle de
la nappe est pratiquée. Une analyse rapide des exemples a permis d’établir le tableau suivant.
Nous constatons que les américains ont très souvent recours à ce processus afin que cette eau soit réutilisée pour
l’irrigation mais également pour la consommation humaine.
Tableau 1 : Tableau de synthèse des exemples de recharge
Localisation
du site
Type de
réalimentation
ALLEMAGNE
Berlin
AUSTRALIE
ESPAGNE
ETATS-UNIS
Adelaïde
Barcelone
Injection directe
County
Percolation.
Sanitation
Districts of
Los Angeles
County,
California,
Montebello
Forebay
Orange County Injection directe
Water District,
California
ETATS-UNIS
ETATS-UNIS
Percolation pour 15%
Injection directe
1,1 millions
2,9 millions
FRANCE
Moulle
Percolation
300 000
ISRAEL
Percolation
1,3 millions
MEXIQUE
Dan Region
Project, TelAviv
Mexico
TUNISIE
Korba
Percolation
Asano
Percolation
Percolation
Percolation
18 millions
De nombreux autres cas on été recensés aux Etats-Unis :


Véolia Eau
Armentier
Asano
Asano,
Beaumont
et al
FRANCE
ETATS-UNIS
Véolia eau
Numéro
de fiche
D
K
C
I
West Basin,
California
Tucson,
Arizona
Ville de Mesa,
Arizona
Pecq-Croissy
ETATS-UNIS
Source
Los Angeles : Rio Hondo, Hansen spreading, San Gabriel
Arizona : Phoenix, Sierra Vista, Goodyear
R+i
Alliance
R+i
Alliance
Haeffner
et al.
Haeffner
et al.
Kanarek et
al.
Jimenez et
al.
ONAS
F
E
G
H
A
B
M
J
L
Chapitre : Tour du monde de la recharche de la nappe
Pays
Taille de la
commune
(nombre
d’habitants)
3,4 millions
8

Texas : El Paso
Nous en recensons un autre en Belgique à Louvain la Neuve.
Chapitre : Tour du monde de la recharche de la nappe
Figure 6 : Localisation des cas recensés de recharge de nappe
9
III.
ANALYSE DES CAS DE RECHARCHE DE NAPPE
a.
Site de Croissy (Source : Haeffner et al)
Le site de Croissy est le plus grand site de réalimentation artificielle de France
Capacité de rechargement
Craie d’âge sénonien altérée et par un recouvrement d’alluvions du
quaternaire de la Seine
300 000 m3/j
Mode de recharge
10 bassins pour 12.3ha nettoyés annuellement
Filtration lente
STEP
Prétraitement classique
Apport de la recharge
Baisse des concentrations en ammonium, fer et manganèse
Figure 7 : Schéma du champ captant de Pecq-Croissy
Chapitre : Analyse des cas de recharche de nappe
Géologie
1
0
b. Site de la Moulle – Agglomération de Dunkerque (Source : Haeffner et al)
Géologie
craie
80 000 m3/j
La recharge
Le volume utilisé pour la recharge est fonction du niveau de la nappe
pour maintenir la capacité du champ captant.
Infiltration d’eau de surface avec un système de prétraitement
Suivi et évaluation
Modélisation + logiciel d’optimisation des prélèvements
Figure 8 : Réalimentation artificielle de la Moulle en fonction du niveau de la nappe
1
1
c.
Fleuve Llobregat (source : Armentier)
Barcelone est son aire métropolitaine comptant près de 3 millions d’habitants sont approvisionnées en eau potable
par quatre sources différentes dont le fleuve Llobregat dont les eaux sont traitées dans les stations de potabilisation
de San Joan Despi et d’Abrera.
La ressource en eau du
Llobregat
Eau de surface du Llobregat : 80 – 120 hm3
Eau souterraine du Llobregat : 15 – 30 hm3
Taille de l’aquifère : longueur de 10 km et une largeur oscillant entre 250
et 2 100m
Grande zone de recharge naturelle par infiltration
Réserve utile maximum : environ 100 hm3
Capacité de prélèvement journalier : 250 000 m3 soit 30% de la
demande moyenne de la zone approvisionnée
But de la recharge
Accroître les ressources en eau
Utiliser l’aquifère comme infrastructure de transport de l’eau
Améliorer la qualité de l’eau
Produire un effet de barrière en élevant le niveau phréatique
-
-
Volumes de recharge
Recharge artificielle en surface par scarifiage du lit
Conditions pour scarifiage : débit entre 10 et 35 m3/s, Turbidité <
100 NTU, Ammonium < 1mg/l, Chlorures < 350 mg/l
Recharge artificielle en profondeur par des puits
Nombre de puits : 12 puits
Capacité de recharge : 75 000 m3/j
Problème de colmatage des puits. Le débit d’extraction doit être
4 fois plus important que le débit de recharge pour éviter le
colmatage
Volume extrait : oscille de 8 à 34 hm3 (1989 – 2006)
Volume rechargé : oscillant de 0 à 17 hm3 (1989 – 2006)
Recharge en profondeur : oscillant de 0 à 14 hm3 (1989 – 2006)
Recharge en surface : oscillant de 0 à 4 hm3 (1989 – 2006)
Mode de recharge
1
2
Figure 9 : Utilisation conjointe des eaux de surface et des eaux souterraines
Figure 10 : Exploitation de l'aquifère de la basse vallée et du delta du Llobregat
Figure 11 : Situation géographique des sources d'approvisionnement de Barcelone
1
3
d. Berlin (Veolia eau)
Recharge naturelle, qui compte pour environ 30 % des volumes
Recharge indirecte par filtration le long des berges des rivières et des lacs
qui représente environ 55 % des volumes
Recharge artificielle qui achève de réalimenter les nappes et de les
maintenir à leur niveau : elle se fait à partir de nombreux bassins
d'infiltration. Ce dernier type de recharge concerne 15 % des volumes,
soit près de 64 500 m3par jour (23,5 millions de mètres cubes par an).
Mode de recharge
1
4
e.
West Coast Basin Barrier Project– Californie (Source : Lazarova et al,)
Sables séparés par « clayish aquitards »
Pompage dans l’aquifère : 123.3 M m3/an
Intrusion du biseau salé
150 puits d’injection dont les profondeurs varient de 85 à 214m formant
3 barrières de protection contre l’eau salée
Volume de rechargement : 44 000 Mm3/an
Mode de recharge
Année 60 : injection d’eau potable pour le maintien du niveau de
l’aquifère
Depuis 1995 : injection d’un mélange d’eau potable (65%) et d’eau
traitée (35%)
Suivi
Utilisation d’un model de SIG hydrodynamique et hydro dispersif
STEP
Station d’épuration de West Basin utilisant l’osmose inverse
Réglementation
Les eaux usées traitées utilisées en recharge doivent rester minimum
Le pourcentage d’eau recyclé ne doit pas dépasser 50%
La distance de circulation de l’eau traitée doit être d’un minimum de
610m du point d’injection
Apport de la recharge
Prévention d’intrusion de l’eau salée
Maîtrise du niveau de l’aquifère
Géologie
La ressource
Figure 12 : Localisation des 3 barrières d'injection. La flèche montre la situation de la barrière de la West Coast Basin
1
5
Figure 13 : Evolution du volume injecté dans la barrière West Coast bassin de 1995 et 1997
1
6
Orange County, Californie – USA (Source : R+i alliance)
Géologie
Alluvion à ciel ouvert : argile, sable et rocher
88Hm3/an
Mode de recharge
Bassin de percolation pour une surface de 112 ha
STEP
Membrane, microfiltration et osmose inverse, UV et hydrogène peroxyde
Utilisation de la nappe
Eau potable
Figure 14 : Carte de la zone de recharge de Orange
f.
1
7
Tucson, Arizona – USA (Source : R+i alliance)
Type d’eau
Traitement tertiaire et d’effluent de zone humide
Mode de recharge
8 bassins d’infiltration pour une surface de 11.3ha
2 zones humides pour une surface de 6.8ha
Eau potable
Figure 15 : Schéma de la recharge de Tucson
g.
1
8
h. Mesa, Arizona – USA (Source : R+i alliance)
Géologie
Graviers, sable et argile contenant des strates de matériel peu perméable
Type d’eau
Traitement tertiaire des effluents de la STEP
3.84Hm3/an
Mode de recharge
4 bassins pour une surface de 12.2ha
2 jours pour charger le bassin 1, et 1 jour pour charger les autres bassins
Eau potable
Figure 16 : Schéma de la recharge de la Mesa
1
9
Montebello, Californie – USA (Source :R+i alliance)
Géologie
Couche à un fort pourcentage de sable et de graviers
Type d’eau
40% d’eau de ruissellement
25% d’eau importé
35% d’eau traitée
160 Hm3/an
Mode de recharge
23 bassins d’épandage pour une surface de 200ha
Cycle de 21 jours :
7 jours plein
7 jours de drainage
7 jours de période sèche
Eau potable
Figure 17 : Schéma de la recharge de Montebello
i.
2
0
Mexico city – El Mezquital (Source : Jimenez et al,)
La ressource (Tula Vallée)
128 sources
Prélèvement : 5.5m3/sec
60m3/sec
80% de la recharge provient des eaux traitées et 20% des eaux de pluies
Mode de recharge
Infiltration
Figure 18 : Mexico city et la vallée du Tula
j.
2
1
Géologie
Sédiments du quaternaire constitué d’une alternance de limon, sable et
graviers
6000m3/j
Mode de recharge
2 bassins d’infiltration principaux de 0.75ha chacun
4 sous-bassins : 3 pour l’infiltration des eaux traitées de 0.16ha chacun et
1 prévu pour récupérer l’excédent d’eau recyclé en période de pluie de
0.2ha
La surface totale d’infiltration est de 1.5ha
STEP
Traitement « flotation », chloration
agriculture
Figure 19 : Schéma de la recharge d’Alice Springs
k. Alice Springs – Australie (Source : R+i alliance)
2
2
La côte oriental du cap bon en Tunisie (source : ONAS)
Etat de la nappe
Ressources en eau renouvelables : 40 M m3/an,
Prélèvements par puits de surface et par forages : 47 M m3/an, et 1 M
m3/an
Salinité : 2 –7,5 g/l, Nitrates : 100 –434 mg/l,
Potentialités en Eaux Usées
Traitées :
Capacité nominale : 7500 m3/j (2,8 Mm3/an), soit 7 % des ressources de
la nappe,
Production actuelle : 5700 m3/j,
Alimentation de la lagune de Korba : 4000 m3/j,
Débit du projet pilote : 1500 m3/j.
Description du site de Korba :
A 300 m au Nord de la station d’épuration de Korba (distant de 1,5Km de
la Côte=, et d’une superficie: 4,46 ha.
La STEP de Korba :
Débit de dimensionnement: 7500 m3/j.
Débit d’entrée: 5000 m3/j (2003).
Traitement secondaire par boues activées, lagunage de traitement
tertiaire.
Volume d’E.U.T disponible :
Volume en sortie de STEP de Korba : 5000 m3/j;
Alimentation de la lagune de Korba: 3000 à 4000 m3/j;
Volume disponible pour la recharge: 1500 m3/j.
Le bassin d’infiltration :
Alimentation gravitaire par bâches à partir d’un bassin tampon de
300m3.
3 bassins creusés de forme rectangulaire avec une vitesse d’infiltration
de 0.5m/j
Réseau de suivi :
12 puits de fermes
12 piézomètres longs
6 piézomètres équipés d’enregistreur en continu du niveau et de la
conductivité
3 piézomètres courts
l.
2
3
Figure 21 : Localisation du site de recharge de Ko
Figure 20 : Localisation du site de recharge de Korba (Source : ONAS)
2
4
Géologie
Dune de sable avec du limon et des lentilles d’argile
245 Mm3 dans le bassin de Soreq en 17 ans (1977-1993)
357 Mm3 dans le bassin de Yavne en 7 ans (1987-1993)
Mode de recharge
4 bassins d’infiltration – percolation sur 111ha
Cycle de recharge : 1-2 jours de chargement et 2-4 jours de
« sécheresse » + 1 labour 2 fois par mois afin d’augmenter l’oxydation
Conditions
Temps de rétention avant pompage entre 6 et 12 mois
STEP
Volume traité : 135 Hm3/an
Suivi
Problème de forte concentration de Mn
Agriculture
Figure 22 : STEP et bassin de recharge
Figure 23 : Schéma de la recharge de la région de Dan
m. Dan Région, Israël (Source : Kanarek et al, + r+i alliance)
2
5
CONCLUSION
La recharge artificielle de la nappe est un procédé utilisé depuis les années 60 aux Etats-Unis. Depuis quelques
décennies, cette pratique s’est développée à travers le monde par l’utilisation de 2 principaux procédés, qui sont la
recharge par injection directe, relativement coûteuse et nécessitant une nappe peu profonde, et la recharge par
infiltration-percolation. Cette méthode quoique peu coûteuse est soumise à une forte évaporation et à un entretien
régulier afin d’éviter la prolifération des algues.
En ce qui concerne la nappe de la Siagne une recharge par infiltration-percolation semble peu probable du fait de la
pression foncière dans le secteur et du prix du foncier. La recharge par injection directe est faisable, car la nappe est
à une profondeur comprise entre 3 et 4m.
Chapitre : Conclusion
Afin de mener à bien ce projet, la modélisation de la nappe est nécessaire d’une part afin de voir où positionner le
ou les puits qui serviront et d’autre part pour faire un suivi de la nappe comme pour la recharge de la Moulle en
France et celle de West Basin en Californie.
2
6
BIBLIOGRAPHIE
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2
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Académie de Grenoble
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ENSEEIHT
http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0809/bei/beiere/groupe2/node/161
Le matin
http://www.lematin.ma/actualite/journal/Article.asp?idr=112&id=135915
Notre planète
http://www.notreplanete.info/actualites/actu_825_qualite_eaux_usees.php
Revue :
Chapitre : Bibliographie
R+i Alliance, vol. WR0802. Deliverable 2, pp. 33-43
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