etude geologique et hydrogeologique - Infoterre

BRGM
B. R. G. M.
Agence Régionale
des Antilles
MM. J.J ANTONIETTI et Ch. GRANÙJEAN
ETUDE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE
PRELIMINAIRE A LA CONCEPTION D'UN
SYSTEME D'EPANDAGE DES EAUX EPUREES
DE L'HOTEL BAGATELLE SITUE AU LIEU
DIT "POINTE THALEMONT" - COMMUNE DU
FRANÇOIS - MARTINIQUE
Par P. LACHASSAGNE
sous la direction technique de
Ch. PAULIN et V. PETIT
RAPPORT R 30911 ANT 4S 90
MAI
1990
ETUDE GEOLOGIQUE ET HYDROGEOLOGIQUE PRELIMINAIRE A LA
CONCEPTION' D'UN SYSTEME D'EPANDAGE DES EAUX EPUREES
DE L'HOTEL BAGATELLE SITUE AU LIEU DIT "POINTE THALEMONT"
COMMUNE DU FRANÇOIS - MARTINIQUE
R 30911 ANT 4S 90
MAI
1990
R E S U M E
L'Agence régionale des Antilles du B.R.G.M. a procédé à
une étude géologique et hydrogéologique de faisabilité pour l'épandage des eaux épurées de l'hôtel Bagatelle dont la construction est projeté au sein du lotissement Thalémont (commune du
François - Martinique).
Les investigations menées (levé géologique, fouilles à
la pelle mécanique et essais de perméabilité) montrent que les
caractéristiques du terrain prospecté, en particulier pente et
perméabilité, sont peu favorables à l'implantation du système
d'épandage
projeté
:
mini station d'épuration et drains
d'épandage.
Nous recommandons donc, pour l'élimination
épurées, les différentes solutions suivantes :
des
eaux
constitution de sols reconstitués en terrasse avec tranchées
d'infiltration au sein des andésites ;
- élimination des eaux épurées par irrigation au goutte a
des espaces verts du parc de l'hôtel ;
goutte
- ou mieux encore, solution mixte permettant d'infiltrer une partie des eaux au sein des terrasses et de récupérer l'excédent à
l'aval pour une irrigation au goutte à goutte.
Par P. LACHASSAGNE
Sous la direction technique de Ch. PAULIN et V. PETIT
TABLE
DES
MATIERES
INTRODUCTION
CONTEXTE GEOLOGIQUE
2.1
-
Observations sur affleurements
2.2
-
Description des fouilles à la pelle.mécanique
2.3
-
Géomorphologie.
CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE
3.1
-
Hydrologie - Hydrogéologie
3.2
-
Essais de perméabilité
3.3
-
Interprétation.
SALUTATIONS PRECONISEES POUR INFILTRER LES EAUX EPUREES
4.1
-
Constitution de sols reconstitués e.n terrasse
4.2
-
Elimination des eaux par irrigation au goutte à
goutte
4.3
-
Solution mixte
CONCLUSION.
FIGURES
DANS
LE
TEXTE
Figure 1
-
Plan de localisation de la parcelle étudiée
échelle 1/25.000
Figure 2
-
Projet de plan de masse de l'hôtel et de ses annexes
Figure 3
-
Localisation des affleurements observés, des fouilles à la pelle mécanique et des essais de perméabité
Figure 4
-
Profil topographique Sud Ouest - Nord Est de la parcelle étudiée
Figure 5
-
Interprétation de l'essai de perméabilité n* 1
Figure 6
-
Interprétation de l'essai de perméabilité n' 2
Figure 7
-
Implantation des dispositifs et solutions préconisées (vue en plan)
Figure 8
-
Implantation du dispositif n° I (vue en coupe).
1.
INTRODUCTION
-
BUT DE L'ETUDE
La construction d'un hôtel est projetée sur la commune
du François, au lieu-dit "Pointe Thalémont", sur la parcelle n"
171 du cadastre, en bordure des "50 pas géométriques" du domaine
public maritime (figure n° 1 ) .
Il est prévu de bâtir un restaurant, .trois unités d'hébergement comportant chacune quatre chambres ainsi qu'une habitation de fonction destinée à un usage privé (figure nc 2 ) . Le volume quotidien d'effluents (épurés au moyen d'une mini-station
d'épuration) est estimé par le client à 7,5 m3/j pour l'ensemble
des installations prévues.
L'étude effectuée a pour but de reconnaître, à l'aide
de fouilles réalisées à la pelle mécanique, la nature géologique
des terrains superficiels et les conditions hydrogéologiques de
leur gisement. Elle doit également permettre de déterminer, au
moyen d'essais infiltration, la perméabilité des sols. Ces éléments sont nécessaires pour analyser la faisabilité puis, si les
conditions sont favorables, la conception et le dimensionnement
d'un système d'infiltration des eaux épurées issues de la ministation.
1
FIGURE 1
-
Plan de localisation de la parcelle étudiée
R 30911 ANT
/,5 30
FIGURE 2 : Projet de plan de masse de l'hôtel
et de ses annexes
EPANDAGE
\
N
>> 24X1 \
/
\x\\v.
\ r // / /
F S ) MINI STATION
DEPURATION
22%1
HOTEL
173,
OUTIQUE
45
r.*»:^;:-
\ I LOCAL
V\ c tfHABnAÏ*H
>S:/:i-;^;:.^;;:;*-ô-^..::.«;:w!:«jiii ! ^
?EGRA»SSELJRr:
:':>-;'S>î:.»S;:-;WJ^^>v^
R 30911 ANT AS
90
2.
CONTEXTE
GEOLOGIQUE
t
La parcelle étudiée se situe, d'après la carte géologique au 1/50.000 de la Martinique, à proximité du contact entre
des coulées d'andésite et des hyaloclastites (dépôts volcanosédimentaires) qui peuvent localement être interstratifiés. Ces
formations se sont mises en place en contexte sous-marin lors de
l'épisode initial de l'édification de la chaîne volcanique sousmarine du Vauclin - Pitault.
Les observations de terrain (figure n° 3 ) , identification des affleurements et fouilles à la pelle mécanique, montrent
que le site prospecté est essentiellement constitué d'andésites.
Ces dernières se sont probablement mises en place en contexte
sous-marin puisque l'on note localement la présence de bancs centimétriques de microconglomérats
intercalés
au
sein
des
andésites.
2.1
-
OBSERVATIONS SUR AFFLEUREMENTS
Les affleurements répertoriés sur le site sont localisés au niveau des talus des chemins qui bordent la parcelle
(figure n° 3 ) .
les andésites se présentent sous la forme d'une roche sombre,
résistante, peu à pas altérée, à cassure conchoïdale, et ne montrent
pas
la
présence
de phénocristaux,
Des fractures
orthogonales, espacées d'une dizaine de centimètres en moyenne,
la découpent et lui confèrent un débit en blocs. Elles n'induisent aucune altération particulière de la roche à leur proximité.
- les microconglomérats, observés en un seul point du site
prospecté, paraissent interstratifiés au sein de la masse des
andésites. Ils se présentent sous la forme de bancs d'épaisseur
centimétrique de dureté variée et composés d'éléments millimétriques
à
centimétriques de lave et de matériaux d'origine
sédimentaire.
On remarque égalenent la présence, à même le sol et
surtout sur les retombées du petit morne constituant le point
culminant du terrain, de blocs centimétriques à décimétriques
(maximum 20 cm environ) d'andésite saine de même nature pétrographique que celle décrite plus haut.
2
M
30 911 A N T
/.S
90
2.2
-
DESCRIPTION DES FOUILLES A LA PELLE MECANIQUE
Six fouilles à la pelle mécanique ont été réalisées sur
la partie nord de la parcelle considérée, dans la zone la plus
probable de mise en place d'un épandage futur. Elles ont été
stoppées sur refus de la pelle mécanique ou tout au moins ralentissement important de son rendement à l'extraction.
Les coupes observées au niveau des fouilles sont semblables les unes aux autres, et seules varient, dans une faible
proportion,
les épaisseurs relatives des
divers
horizons
rencontrés. La succession type est, du haut vers le bas, la suivante :
. terre végétale brun foncé à noire, assez argileuse et plastique
avec parfois présence, dans les premiers centimètres seulement,
de blocs centimétriques à décimétriques d'andésite saine.
argile brun clair à ocre, assez friable et peu plastique, avec
des éléments centimétriques d'andésite altérée de plus en plus
nombreux vers le bas et qui s'effritent sous la pression des
doigts.
andésite altérée, sans phénocristaux, de couleur sombre à
rouille, à débit en plaquettes à la surface irrégulière et d'épaisseur centimétrique, de plus en plus dure et compacte en profondeur où l'on note l'apparition progressive de blocs de lave
presque saine.
Nous décrivons ci-dessous la coupe lithologique des six
fouilles réalisées. La description des terrains rencontrés n'est
précisée que lorsqu'elle s'éloigne de la coupe-type définie cidessus.
- fouille n
0,0 0,45 0,60 -
0,45 m
0,60 m
1,50 m
terre végétale
argile brun clair à ocre
andésite altérée avec blocs
sains en profondeur.
- fouille n'
0,0 0,40 0,60 -
0,40 m
0,60 m
1,30 m
terre végétale
argile brun clair à ocre
andésite altérée.
- fouille n'
0,0
-
0,40 m
0,40 0,95 -
0,95 m
1,95 m
terre végétale avec rares
blocs d'andésite saine dans
les premiers centimètres,
argile brun clair à ocre
andésite altérée.
3
- fouille n
0,0
-
0,50 m
:
terre végétale avec nombreux
blocs d'andésite saine dans
les 30 premiers centimètres
argile brun clair à ocre à
blocs centimétriques d'andésite altérée
andésite altérée.
0,50 -
1,40 m
:
1,40 -
1,60 m
:
- fouille n° 5
0,0 0,45 0,90 -
0,45 m
0,90 m
1,80 m
terre végétale
argile brun clair à ocre
andésite altérée
- fouille n" 6
0,0 0,55 0,95 -
0,55 m
0,95 m
1,50 m
terre végétale
argile brun clair à ocre
andésite altérée.
La succession observée correspond donc au complexe
d'altération pédogénétique des andésites. Ces formations d'altération et la roche sous-jacente montrent une bonne homogénéité de
faciès.
2,3
-
GEOMORPHOLOGIE
Le terrain étudié est constitué d'un-'petit morne, armé
par les andésites, qui culmine à la cote +• 47 NGM. Sa pente, voisine de 50 % entre les cotes + 45 et + 40 NGM s'adoucit légèrement (de 17 à 26 % entre les cotes + 40 et + 35 NGM) pour s'accentuer à nouveau (jusqu'à plus de 45 %) au-delà et jusqu'en limite de propriété (figure n* 4 ) . On domine alors des talus de 2 à
3 mètres de hauteur voire plus qui ont été creusés par les riverains pour bâtir leurs habitations.
4
FIGURE n° 4 - Profil topographique
Sud Ouest - Nord Est
de la parcelle étudiée
(dans 1'axe du terrain)
50
Limite de propriété
40
Limite de la propriété;
30
•
Habitations des riverains
implantées sur le domaine
public maritime*en pied de talusl
10
20
30 m
R 30911 ANT 4S 90
I
3.
3.1
-
CONTEXTE
HYDROGEOLOGIQUE
HYDROLOGIE - HYDROGEOLOGIE
t
La surface du terrain, boisée (savane arbustive) ne
montre pas de traces de ravinement intense. Le couvert végétal
doit limiter les processus d'érosion. On remarque cependant que
les voisins de la parcelle, situés sur l'emprise des 50 pas
géométriques, ont protégé leurs habitations situées en pied de
talus en creusant de petits fossés pour dériver, en tête de
talus, les eaux de ruissellement.
L'absence
de
sources
sur le site et dans son
environnement, la nature lithologique du sous-sol, ainsi que
l'absence de venues d'eau lors du creusement des fouilles permettent d'exclure la présence d'une nappe à faible profondeur.
3.2
-
ESSAIS DE PERMEABILITE
Deux essais de perméabilité ont été réalisés sur le
site afin d'estimer la capacité d'infiltration du sol (figure n*
3).
Le premier essai (per 1) a consisté à étudier le débit
d'eau nécessaire à maintenir un niveau d'eau -constant dans un
trou réalisé à la tarière à main (profondeur 45 cm) au sein des
deux horizons supérieurs, terre végétale et argile brun clair à
ocre et s'arrêtant au toit des andésites altérées (sur refus de
la tarière). La perméabilité K déduite de cet essai est égale à
la pente de la droite des points d'abscisse égale au débit cumulé
par unité de surface d'infiltration et d'ordonnée égale au temps.
Cet essai révèle une perméabilité de 2,5 mm/h (7 . 10-"7 m.s - i )
(figure n" 4 ) .
Le second essai (per 2) a été réalisé dans une fouille
à la pelle mécanique située intégralement au sein des andésites
altérées. Quarante litres d'eau ont été versés dans cette fouille
de forme aussi régulière que possible (figure n° 5 ) . Le principe
de l'essai a consisté à étudier'la vidange de ce trou en fonction
du temps. La perméabilité K se déduit du rapport entre le débit
évacué et la surface d'infiltration. Le calcul permet de prendre
en compte la diminution de cette surface avec la baisse de niveau
d'eau. La perméabilité déduite des mesures réalisées après la
phase de saturation (dernière partie de la courbe) est est-imée à
11,5 mm/h (3 . 10~ 6 m . s " 1 ) .
5
|w
FIGURE 5 - Interprétation de l'essai de perméabilité
n° 1 '
Volume infiltré cumulé par unité de surface
Début de la saturation à 13h 30 (niveau de l'eau 19 cm)
S =
16h 55 remplissage complet du trou
1.105 cm2
A0-.
-F
t = 0 Q 1^55
Terre végétale
0.40 m
Arléslte altérée
erfarglle brun-clair a ocre
30-.
K = 25 m m / k
s-7
10"7ms-1
20.-
I
phase de saturation
10
R 30911 ANT AS 90
Temps (mn)
.'
110
120
i
130
KO
150
160
91 + 1,52 h) (h en m)
FIGURE 6 - Interprétation de l'essai
de perméabilité n° 2
Début de la saturation à t = 0 (40 1 d'eau dans
la fouille
Vue
de dessus)
; Forme de la fouille (vue de dessus)
(.= 0.58 m
K = 3.2 10* m-s 1
= 11.5 m m / h
R 30911 ANT AS 90
1000
5000
10000
3.3
-
INTERPRETATION
Les valeurs de perméabilité déduites de ces essais sont
relativement faibles (l'intervalle de validité de l'épandage est
de 6 à 500 mm/h). Elles montrent cependant, malgré l'incertitude
relative à ce type de mesure, une certaine cohérence avec les observations géologiques puisque la perméabilité des formations superficielles (argiles d'altération) apparaît plus faible que celle du substratum au sein duquel la composante argileuse est moins
importante et où l'on dénote toutefois une fissuration.
6
4.
SOLUTIONS PRECONISEES POUR INFILTRER LES EAUX EPUREES
Le terrain étudié constitue, de par sa nature : sol peu
épais et faiblement perméable et vu les conditions topographiques : pente supérieure à 10 %, un relativement mauvais support
pour l'élimination par épandage classique des eaux épurées de
l'ensemble hôtelier. Des résurgences d'eau infiltrée pourraient
en effet se produire le long de la pente, à l'a-val des tranchées,
et surtout à la base des talus au pied desquels sont bâtis les
logements des riverains. De plus, la mise en charge des andésites
sous leur recouvrement argileux pourrait provoquer localement le
glissement de ce dernier (désolidarisation des niveaux altérés
par rapport au substratum). La stabilité des talus qui surplombent les habitations des riverains implantés sur l'emprise des 50
pas géométriques pourrait elle aussi être altérée.
Seule l'absence de nappe dans les
sous-sol serait un élément favorable.
premiers
mètres
du
Aussi recommandons nous, pour l'élimination des eaux
épurées, les différentes solutions suivantes :
(1) - constitution de sols reconstitués en terrasse
(2) - élimination des eaux épurées par la mini-station par irrigation au goutte à goutte des espaces verts du parc de l'hôtel
(3) - ou mieux encore solution mixte permettant d'infiltrer une
partie des eaux au sein de sols reconstitués et de récupérer
l'excédent à l'aval pour une irrigation au goutte a
goutte.
4.1
-
CONSTITUTION DE SOLS RECONSTITUES EN TERRASSE
La mise en place de tranchées d'épandage creusées sur
des terrasses bâties en déblai au sein des andésites altérées
doit permettre de résoudre le problème posé de 1'infiltratLon des
eaux épurées de l'ensemble hôtelier (figures N° 7 et 8 ) .
7
FIGURE 7 : Implantation des dispositifs et solutions
préconisées (vue en plan)
65
L\X)CM.
HABITAT O !
>m
;:>:iff*!>*Hl
^^S!::::**:::^:*:;^^
®~
30!
'30m
—
»m
Drain d'épandage
y'iiig; Drain collecteur aval
•
Citerne de récupération'des
eaux drainées
=
Collecteur d'amenée
U — -'
®
Cheminée de surveillance
S
Tabouret de distribution
. o
e c h : fc=
R 30911 ANT 4S 90
*S-t
FIGURE 8 : Implantation du dispositif n la
(vue en coupe)
N.E
I
Topographie du terrain actuel
50 l
40
Tabouret de distribution
Tranchée et drain d'épandage
Tuyau distributeur
30 }
Drain collecteur aval
«KM
Sol reconstitué de perméabilité
V, similaire à celle des andésites altérées
1 3 Citerne de récupération des eaux drainées
10
20
Ar*
30'm
•f.
i
R 30911
ANT 4S 90
L'eau issue de la rnini station d'épuration pourrait
être relevée au moyen d'une pompe pour être conduite au tabouret
de distribution situé le plus en amont du système. La répartition
de l'eau s'effectue ensuite vers l'aval au fur et à mesure de la
saturation des drains. Les tranchées devront être réalisées au
sein des andésites altérées sur les terrasses dégagées en déblai.
Leur pente ne devra pas excéder 1 %. Les caractéristiques techniques de ces tranchées seront les suivantes :
. Tranchées :
-
profondeur (au sein des andésites) = 0,60 m
largeur
= 0,80 m
espace entre deux tranchées voisines : 3 mètres
remplissage par un matériau perméable = gravier propre (20/40
par exemple)
- réalisation faite en prenant soin d'éviter qu'au départ d'une
tranchée, les effluents au lieu de s'écouler vers celle-ci ne
descendent directement vers la tranchée inférieure (mise en pla—
ce de tabourets de distribution). On veillera bien à ne pas placer de drain en tête de talus (figures n° 7 et 8 ) .
. Tuyaux de distribution (placés dans le gravier à
profondeur)
- diamètre
- orifices
:
:
30 cm de
10 cm
fentes de 5 nn espacées de 30 cm.
On veillera à ce que le sol reconstitué servant de recouvrement aux tranchées ne présente pas une perméabilité supérieure à celle des andésites qui pourrait se traduire par la possibilité d'écoulements préférentiels en son sein et des risques
d'exurgences.
Deux
n° 7 et 8) :
solutions
peuvent alors être envisagées (figures
- la solution n" la présente une surface totale de tranchées (410
m2) qui permet d'envisager l'élimination totale des eaux épurées
par infiltration dans les andésites (la surface de lu plage d'infiltration ne devrait pas être inférieure à 400 n2 pour assurer
une infiltration totale au sein des andésites).
- la solution n" Ib, moins coûteuse en déblais, est elle aussi
envisageable. Son plus faible dimensionnenent (surface totale des.
tranchées = 224 n2) nécessite cependant de prévoir impérativement
un système de récupération de l'excédent d'eau qui ne pourrait
pas être infiltrée (chapitre 4.3).
8
4.2
-
ELIMINATION DES EAUX PAR IRRIGATION AU GOUTTE A GOUTTE
Une solution alternative a l'infiltration des eaux consiste
à
profiter
des
possibilités
d'évapotranspiration
importantes, de l'ordre de 2 à 4, mm/jour en moyenne pour la
Martinique, et de mettre en place un système d'arrosage des espaces verts de l'hôtel. L'arrosage par aspersion ou le rejet dans
le mileu naturel, envisagés dans un premier temps, ont été abandonnés après entretien avec l'ingénieur
sanitaire
de
la
D.D.A.S.S. (M. BLATEAU), du fait des risques importants de dissémination de germes.
Un système d'irrigation par la méthode du goutte à
goutte semble mieux indiqué. L'eau issue de la mini station d'épuration devra cependant avoir été filtrée au préalable pour éviter tout risque de colmatage du système. Si l'on considère, pour
du gazon et pour la région du François, moins arrosée en moyenne
et plus ventilée que le reste de la Martinique, que l'évapotranspiration quotidienne est de 3 mm (hypothèse pessimiste), il faudra disposer d'un système d'irrigation sur une surface de 2.500
m2. Il faudra, de plus, prévoir la construction d'une citerne
d'un volume correspondant à 2 ou 3 jours de production d'effluents ( * 20 m3) pour stocker ceux-ci les jours où des précipitations importantes se produisent et limitent les possibilités
d'évapotranspiration. Ce réservoir pourrait être implanté en partie topographiquement haute du terrain (les eaux y seraient relevées au moyen d'une pompe) d'où l'écoulement pourrait alors s'effectuer de manière gravitaire.
4.3
-
SOLUTION MIXTE
Une solution mixte permettrait de conjuguer les avantages des deux méthodologies proposées pour l'élimination des effluents en utilisant à la fois les capacités du site à l'infiltration et à l'évapotranspiration des eaux épurées.
Le principe consiste 5 récupérer, par un système de
drains (fig. 7 et 8 ) , l'excédent d'eau qui n'aura pu être infiltré au sein des tranchées et de le diriger vers une bâche de reprise à partir de laquelle on procédera à l'irrigation par la méthode du goutte a goutte.
Cette approche m x t e présente l'avantage de limiter les
surfaces respectives des deux systèmes envisagés plus haut et
surtout de procéder à un traitement complémentaire efficace des,
eaux épurées qui ne risqueront de ce fait plus de colmater le
dispositif d'arrosage par goutte à goutte. Cette approche permet
égalenent de diminuer très significativenent le risque d'appari9
tion d'émergences d'eau épurée, en pied de talus, au niveau des
habitations des riverains. On devra cependant veiller à ne pas
superposer les zones affectées à l'évapotranspiration et celles
destinées à l'infiltration pour ne pas limiter l'efficacité de
chacun des dispositifs.
10
5.
C O N C L U S I O N
L'étude réalisée au lieu-dit "Pointe Thalémont" sur la
commune
du François (parcelle n° 171 du cadastre) montre
l'existence, sur l'ensemble du site, d'un sol constitué de terre
végétale et d'argile d'altération qui repose sur des coulées
d'andésite altérée.
Les essais d'infiltration réalisés sur le site indiquent une valeur de perméabilité qui oscille entre 2 mm/h pour le
sol et 11 m/h pour les andésites altérées sous-jacentes. Les investigations menées montrent qu'il n'existe pas de nappe aquifère
à faible profondeur.
Les caractéristiques de perméabilité et de déclivité du
terrain interdisent la mise en place d'un dispositif destiné à
l'élimination, par simple infiltration au sein du sol ou des
andésites, des eaux épurées issues de la mini-station d'épuration
dont l'hôtel projeté sera équipé. Le type d'aménagement risquerait en effet de se traduire par l'apparition de résurgences ou
de glissement des horizons superficiels au sein" ou à l'aval de la
parcelle.
Nous préconisons donc les différentes solutions suivantes pour l'élimination des eaux épurées produites par la mini
station :
- constitution de terrasses de sol reconstitué avec tranchées
d'infiltration au sein des andésites ;
- élimination des eaux épurées par irrigation au
des espaces verts du parc de l'hôtel ;
goutte à goutte
- ou mieux, solution mixte permettant de récupérer, pour une irrigation au goutte à goutte, l'excédent d'eau non infiltrée au
sein des terrasses.
11